elettricità

Un sigaro gigante per estrarre l’energia dal mare

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Come avvenne per il proverbiale iceberg, assassino di transatlantici dalle multiple paratie, non è sempre possibile concepire il vero aspetto delle cose. Poiché per quanto possa apparire chiara la superficie, è quello che c’è sotto, nascosto dalle onde spumeggianti, a dare il senso stesso di ciò che galleggia, oscillando, nel mare.  Sono ormai due anni che, con brevi interruzioni del servizio dovute a manutenzione ordinaria e implementazione di nuove componenti, la più grande turbina concepita per funzionare grazie alle correnti marine opera nell’area nota in lingua gaelica come An Caol Arcach, quello che tutti gli altri chiamano “stretto delle isole Orcadi” o Pentland Firth. Benché non sia affatto un fiordo (firth) bensì una vera e propria autostrada, percorsa da dozzine di flussi d’acqua che s’intersecano, caratterizzati da nomi altamente caratteristici come gli Uomini Allegri di Mey, lo Swelkie e la Corsa di Duncasby. Un luogo in cui l’acqua può scorrere in direzione ovest per sei ore a una velocità di 5 o 6 nodi, quindi fermarsi per pochi minuti, per poi ripartire in senso contrario per l’intera giornata a venire. Un luogo pericoloso per le imbarcazioni, fin dalla notte dei tempi, ma anche una grande opportunità. Al punto che l’ex-primo ministro della Scozia, Alex Salmond viene spesso citato per aver definito quest’area geografica come l’Arabia Saudita delle energie rinnovabili, con un chiaro riferimento all’importanza, nella moderna civiltà dei consumi, attribuita alla fonte di molto del petrolio impiegato nel mondo. Ma ormai tutti sappiamo, per una ragione o per l’altra, il modo in cui i carburanti fossili economicamente estraibili dalla crosta terrestre si sta rapidamente avviando verso il suo esaurimento, dimostrando la natura in realtà effimera di luoghi opulenti come la scintillante città di Dubai. Possibile, dunque? Che terminata l’epoca dei grattacieli del deserto, un nuovo tipo di torri possano giungere per connotare la raccolta di energia elettrica, questa volta posizionate in orizzontale sul mare?
Grazie all’opera della Scotrenewables, una delle molte compagnie che sono nate ed hanno prosperato sotto l’egida dell’EMEC, Ente Europeo per l’Energia Marittima, sappiamo oggi, bene o male, l’aspetto che tali oggetti potrebbero assumere, in funzione di un metodo costruttivo frutto di oltre una decade di progettazione e test estensivi a partire dal 2013, che hanno incluso l’implementazione di una versione in scala pienamente funzionante della loro innovativa SR2000, nell’area con allaccio alla rete elettrica nazionale sottoposta al monitoraggio di esperti del sito Fall of Warness. L’oggetto galleggiante non identificato, del tutto simile a un sommergibile per la sua forma allungata ma privo di una sistema di propulsione proprio, di un giallo intenso con lo scafo color mattone, ha una lunghezza di 64 metri con una larghezza, vista la forma cilindrica, misurata in base al diametro: 3,8 metri. Non ha cabine, ne sovrastrutture fatta eccezione per alcune postazioni di controllo e verifica, perché semplicemente, non è stato concepito per ospitare umani. Bensì per venire lasciato, una volta raggiunta la posizione idonea, ancorato al fondale per lunghi periodi, con la funzione di generare ingenti quantità di elettricità: nella fattispecie, secondo quanto misurato nei suoi periodi migliori, fino al 7% dell’intero fabbisogno delle isole Orcadi, equivalente al consumo di circa 800 case. Non credo che a questo punto, molti potrebbero esprimere dubbi sulle potenzialità che potrebbero derivare da una vera e propria flotta di questi apparati, disposti strategicamente nei bracci di mare più agitati del mondo, in Scandinavia, Canada, in Terra del Fuoco… E questo senza neppure prendere in considerazione l’opportunità, ipotizzata da lungo tempo, d’implementare un sistema d’immagazzinamento dell’energia basata sul processo d’idrolisi e le celle d’idrogeno, potenziale rivoluzione dell’intera industria marittima nel corso di due o tre generazioni.
Ora sarebbe logico, del resto, interrogarsi sull’effettivo funzionamento di questo insolito dispositivo. Poiché per quanto concerne l’idea tipica di un generatore basato sui moti sommersi, quello che la storia recente dell’ingegneria ci ha permesso di considerare non è stato nient’altro che un equivalente della tipica pala eolica, piantato nel fondale come una sorta di surreale arbusto di cemento. Mentre in questo caso, l’effettiva realtà è l’esatto inverso: poiché le due pale girevoli previste dall’SR2000 (in grado di ricordare eliche giganti) si trovano in realtà sospese al di sotto, come altrettanti frutti pendenti a portata di squalo. Per lo meno se il pesce cartilagineo in questione fosse lungo come due autobus, e potesse vantare dei denti costituiti da un’indistruttibile lega aliena…

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Il cuore elettrico della città di New York

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Tre enormi finestre in fondo alla navata, che ricorda quella di un’antica basilica romana. Una volta per soffitto, di colore verde brillante sulla quale appaiono una serie di costellazioni dipinte dal pittore Charles Basing. E l’orologio più famoso della Grande Mela, tra fregi neoclassici sopra il tabellone con gli orari di arrivo e partenza dei treni. Il rumore caotico della stazione più grande del mondo impedisce, oggi, di sentirla. Ma se soltanto appoggiaste il vostro orecchio al pavimento, avreste l’occasione di percepire per un attimo l’energia delle radici. Come una vibrazione, l’energia dei tempi che corrobora il progresso. Il fluido tecnologico che costituisce, anch’esso, l’America. Non semplicemente una metafora, almeno fino alla fine degli anni ’80, quando ancora funzionavano i convertitori rotanti, le poderose macchine incaricate di rendere possibile tutto questo. Esattamente: avete presente la scena al termine del primo Guerre Stellari, quando Luke distrugge il planetoide della Morte Nera con un singolo siluro protonico piazzato nel condotto di raffreddamento? A quei tempi, la città più popolosa degli Stati Uniti presentava un punto debole dalla portata equivalente. Situato esattamente qua sotto, a una distanza di 10 piani invertiti dalla superficie del manto stradale. Nessuno lo sapeva eppure, in qualche maniera, la sua esistenza era giunta all’orecchio degli agenti al servizio di Adolf Hitler in persona. Ora, quanto segue è essenzialmente un sentito dire, benché gli siano stati dedicati dei segmenti sia su History che Science Channel. Pare che il pericoloso dittatore tedesco, in un momento imprecisato antecedente all’ingresso in guerra della nazione da lui più temuta, avesse inviato due sabotatori esperti sulla costa dell’Atlantico, mediante l’impiego di altrettanti sottomarini U-Boat. E che il più esperto dei due, grazie all’abilità dell’FBI, fosse stato catturato prima che potesse ricongiungersi col collega, portando quest’ultimo a costituirsi. Peccato solo che, una volta raccontato il diabolico piano, nessuno volesse credergli, tanto era assurda la portata dell’idea: introdursi, sotto mentite spoglie, fino alla sottostazione M42. Aggirare in qualche modo le guardie armate fino ai denti del misterioso sotterraneo. E paralizzare l’intero Northeast statunitense tramite l’impiego di un singolo secchio di sabbia, gettato tra gli ingranaggi dei convertitori di fase.
Ora, c’è del vero in questa storia ma anche, probabilmente, un qualcosa di romantico e in qualche maniera esagerato. L’apparato esiste ancora, benché non sia più in uso da lungo tempo, ed è ragionevole pensare che avesse una funzione primaria. Questo tipo di strumento elettrico, all’interno di una rete ferroviaria cittadina, era del resto sempre stato sempre una vista piuttosto comune, da quando in determinati quartieri di New York erano stati vietati i treni a vapore, a sèguito di un grave incidente del 1902, nel quale lo scarico di una locomotiva all’uscita di questa stessa Grand Central Station aveva accecato i macchinisti, causando un tamponamento tra due treni, 17 morti e 36 feriti. Ma far muovere un treno elettrico, all’inizio del secolo scorso, non era un’impresa semplice: in primo luogo perché lo stato delle cose e il grado di sofisticazione dei motori prevedeva, allora, l’impiego esclusivo di corrente continua (DC). L’invenzione rivoluzionaria di Thomas Edison con la sua General Electric, scienziato e imprenditore, che aveva trovato il modo d’instradare e condurre l’energia fino alle rotaie, benché una parte venisse dissipata dopo essere stata trasformata in calore lungo il tragitto dei cavi. Finché, nell’ultima parte del XIX, non si era presentata prepotentemente sulla scena la figura di Nikola Tesla, il sapiente dalla preparazione eclettica, e la strana vita personale, che aveva dimostrato la validità di un nuovo approccio al problema, che prevedeva un filo rosso di ritorno della corrente. Nacque così la corrente alternata (AC) che poteva essere trasmessa a qualsiasi distanza senza perdite di potenza, oltre ad essere generata con un processo meccanico molto più semplice ed efficiente. “Ma il suo voltaggio elevato è pericoloso per il corpo umano!” Protestò Edison, arrivando a dimostrarne l’effetto su cani e gatti di strada. Al che Tesla che era un animalista, durante un evento seguito dalla stampa dell’epoca si fece percorrere da un flusso di corrente alternata, dimostrando di rimanere illeso. Edison assunse quindi il collega, ma dopo avergli promesso uno spropositato compenso di 50.000 dollari per la realizzazione di un generatore di corrente alternata, non lo pagò. Lui vendette quindi i suoi brevetti alla rivale Westinghouse. Era iniziata la cosiddetta guerra delle correnti, che esattamente come quella tra VHS e Betamax, o Sega e Nintendo, avrebbe influenzato col suo esito il percorso della stessa evoluzione umana. Ma cosa c’era, in fondo, da decidere? Entrambi i tipi di energia, almeno fino al perfezionamento dei treni allora disponibili, avrebbero trovato le loro applicazioni. Ed è proprio per questo che nel giro di poco tempo, nacquero degli approcci tecnici per convertire il potenziale energetico dall’una all’altra, a seconda della necessità. L’approccio iniziale fu quello della mera forza bruta: semplicemente al termine delle linee AC, veniva posto un motore, che faceva funzionare dei generatori di corrente DC collegati ai binari. Nel 1888, tuttavia, questo approccio fu perfezionato, principalmente grazie all’opera di Charles S. Bradley. Era nato, finalmente, il convertitore di fase rotante. La più grossa, e rumorosa, lavatrice di tutti i tempi.

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L’arma che rivoluziona le regole della guerra navale

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A dire il vero non ce l’eravamo aspettata così. Enorme, in primo luogo, e poi terribilmente rumorosa: la semi-mitica railgun, arma molto amata dai film di fantascienza e che spesso capitava in mano degli eroi e dei cattivi del cinema degli anni ’80 e ’90. Per non parlare dei videogiochi. Uno strumento che si riteneva configurato, forse per un’insensata analogia con il laser, sull’assoluta silenziosità e precisione, in grado di penetrare una parete di cemento neanche fosse un sottile foglio di carta. Senza neppure un sussurro. Eppure lo spaventoso apparato, messo alla prova in questo video durante un recente test al poligono di Dahlgren in Virginia, a una distanza risibile dal Pentagono, tutto sembra tranne che il bisturi di un chirurgo. Sopratutto nella sua nuova, rivoluzionaria configurazione, in cui può fare fuoco più volte al minuto. Qualcosa di inimmaginabile, fino a poco tempo fa, proprio perché la velocità in fase d’accelerazione del proiettile (in grado di raggiungere i 2000–3500 m/s) tendeva a disintegrare il meccanismo di fuoco e la canna stessa. Per non parlare di un altro “piccolo” problema: la quantità di energia elettrica necessaria a sparare. Perché… Beh, lasciatemelo dire: affinché la luminosa scintilla degli elettroni possa sostituire completamente l’impiego di qualsivoglia esplosivo o polvere nera, state certi che vi servirà un condensatore bello grosso. E conseguentemente, una fonte pressoché inesauribile per caricarlo. È per questo che nel suo programma d’impiego sull’immediato futuro, la marina sta guardando verso le sue navi a propulsione nucleare, con la sola eccezione dei nuovi incrociatori di classe Zumwalt (vedi precedente articolo). Che sono stati, effettivamente, costruiti attorno ad un enorme generatore. Le possibili ripercussioni sull’aspetto di una futura battaglia in alto mare, che possiamo soltanto sperare rimanga ipotetica, sono tuttavia difficili da sottovalutare.
In origine era il cannone. Non sto certamente parlando degli albori dei conflitti marittimi, quando tutto quello che i marinai avevano erano arco e frecce, il loro coraggio, un coltello tra i denti durante il pericoloso balzo oltre la murata dell’imbarcazione nemica. Bensì dell’epoca dei brigantini e dei galeoni, quando un capitano per mare iniziò a rappresentare, in tempo di guerra, la potenza bellica della sua nazione. Isole mobili, pezzi di suolo sovrano, cagnacci sputafuoco all’ombra di vele e bandiere, che all’ordine di qualcuno potevano rilasciare una grandine di ferro sopra il legno nemico, sperando di sforacchiarlo per bene. Con l’evolversi tecnologico dei presupposti d’ingaggio, quindi, la guerra è cambiata. Non poi da tantissimo tempo: si può ragionevolmente affermare, in effetti, che ancora all’epoca della seconda guerra mondiale il principale mezzo d’autodifesa di una nave da battaglia fosse il semplice tubo a retrocarica, in grado di scaraventare un oggetto (potenzialmente esplosivo) all’indirizzo di un bersaglio distante. Ma già allora, con l’invenzione dei missili e l’impiego più ampio delle portaerei verso l’ultimo capitolo del conflitto, le vecchie corazzate stavano perdendo la loro funzione primaria in un gruppo da battaglia. La curva del potenziale distruttivo trasportabile, persino da un piccolo incrociatore o un mezzo volante, stava raggiungendo vertici tali che non c’era più nulla a cui potessero servire, effettivamente, la stazza e la durevolezza di un gigantesco battello. Fu pressoché allora, quindi, che le navi da ingaggio prolungato iniziarono a dar spazio maggiore alle contromisure di bordo, piuttosto che i metodi per far rimpiangere al nemico di essere nato. Allo stato corrente delle cose e prendendo in analisi il contesto operativo statunitense, benché una moderna capital ship trasporti almeno un’arma a lungo raggio o due, i suoi ufficiali d’artiglieria hanno principalmente il compito di mantenere in condizioni ottimali sistemi come il Phalanx CIWS, la cui principale mansione è sviluppare un volume di fuoco sufficiente ad abbattere un missile nemico in volo. Non che tutto questo, nella mente degli ammiragli e dei capi di stato maggiore, sia considerato uno stato ideale delle cose. Intanto per il costo necessario a impiegare un sistema d’arma a lungo raggio come il missile Tomahawk (costo unitario 1,84 milioni di dollari) e poi per l’annosa questione, tradizionalmente invisa ai capitani di mare, di trasportare a bordo tonnellate e tonnellate di esplosivo, pronto a saltare in aria nel caso di un colpo fortunato del nemico. Immaginate ora se soltanto ci fosse un sistema per lanciare una semplice sbarra di metallo appuntita (generalmente si tratta di tungsteno) a distanza di 30 miglia nautiche, con una potenza cinetica tale da scardinare qualsiasi corazza in grado di galleggiare. O direzionare tale lo stesso proiettile contro un missile nemico in arrivo, a una velocità di sei volte quella del suono. Non fareste anche voi di tutto, per poter disporre di un simile potenziale d’arma?

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Il sassofono che alberga dentro a un cuore di locomotiva

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Una bella cosa che non tutti sanno. Perché non tutti, purtroppo, hanno avuto modo di ascoltarla specie in Italia, benché un certo numero di locomotive Siemens ES 64 U2 soprannominate Taurus, prodotte dal principale consorzio dei trasporti europeo, siano state adattate alle linee di tensione da 3 kV, potendo così circolare anche entro i confini della penisola nostrana. E non è certo questo l’unico treno, tra l’altro, a produrre musica quando inizia a percorrere il suo tragitto, anche se nel caso di questo video vi sono alcuni fattori di contesto piuttosto inusuali. Si tratta comunque di una caratteristica insita nel concetto stesso di motore elettrico, esemplificata in qualche variabile maniera da innumerevoli tipologie di locomotive. Quasi nessuna delle quali, del resto, riesce a farlo con la stessa limpida chiarezza di quello che è stato chiamato, non a caso, espresso “Do re mi fa sol” per la sua innata propensione a deliziare i passeggeri col ronzante suono che sembra a tutti gli effetti ricordare, per timbro e intonazione, lo strumento a fiato tipico del jazz. Che nel caso mostrato non soltanto produce una scala musicale, ma sembra ripeterla a più velocità parallele che si rincorrono a vicenda, come nell’intro di un brano sperimentale preso in prestito dall’ambito della musica electro swing. Ciò è probabilmente dovuto alla poca trazione delle ruote a causa della pioggia, e l’attivazione progressiva di un controllo automatico, che ne regola in maniera indipendente la velocità. Del resto, se andiamo ad approfondire, nulla di tutto questo è in alcun modo intenzionale. La locomotiva non è dotata in effetti di altoparlanti, né alcuna modalità speciale da novelli direttori d’orchestra, che il conduttore sarebbe tenuto ad attivare quando si trova in prossimità della stazione. È tutto endemico e automatico, ovvero il prodotto del motore stesso, per l”effetto delle sue specifiche modalità di funzionamento. Prendete ora in considerazione una locomotiva elettrica. Non a propulsione ibrida, con generatori a diesel che ricaricano la batterie, ma proprio alimentata da due o più pantografi sul tetto, attraverso lo sfruttamento dei cavi della luce posizionati sopra la ferrovia. Essa sarà naturalmente più silenziosa rispetto a un treno convenzionale, nel complesso, eppure capace di accelerare a ritmi estremamente sostenuti, senza la necessità d’impiegare rapporti della trasmissione o altre problematiche diavolerie. Se alimentato semplicemente al massimo del suo potenziale, dunque, il treno potrebbe finire per sviluppare una spinta in avanti anche TROPPO repentina, con conseguenti problemi per i passeggeri, ed il sempre presente pericolo di danneggiare le ruote. Ed è qui, che entra in gioco il variatore elettronico di velocità (nella nomenclatura internazionale basata sull’inglese, VFD).
Un dispositivo che modifica il ritmo, il che significa, essenzialmente, produrre un qualche tipo di musica, grazie alla vibrazione indotta nelle parti più o meno metalliche dell’apparecchio d’impiego. La cui natura va tra l’altro specificata, perché ovviamente il concetto di VFD non è esclusivo delle ferrovie, ma si trova anzi miniaturizzato ed incorporato in quasi ogni apparecchio meccanico basato sulla potenza dell’alta tensione: trapani, pompe, ascensori, giostre per bambini… E chi più ne ha, più ne metta. Poiché questo è in effetti l’unico modo, per “dosare” l’elettricità. Il demone che spesso viene paragonato, in funzione di alcune caratteristiche della sua distribuzione, allo scorrere dell’acqua all’interno di un sistema di tubi. In un paragone non sempre corretto, poiché non esiste, in quest’ambito, alcun concetto paragonabile a quello della pressione: l’elettricità può essere soltanto accesa, oppure spenta. Come fare, dunque, a non lasciar distruggere il buon vecchio choo choo? Semplice, occorre trasformare la corrente alternata in continua, modularla secondo il bisogno, quindi ritrasformarla prima che raggiunga la bobina del motore trifase della locomotiva. Vediamo come, esattamente.

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