Guida alla Costruzione di una Ruota Idraulica Fai da Te

Se desideri introdurre tuo figlio al tema della tutela ambientale, concetti come "cambiamento climatico" ed "energie rinnovabili" sono fondamentali. Spiegare questi argomenti complessi ai bambini può sembrare difficile, ma con alcuni esperimenti pratici, è possibile rendere più tangibile la potenza di questi elementi.

Cosa sono le Energie Rinnovabili?

Quando ti viene chiesto "Cosa sono le energie rinnovabili?" o "Cos’è il cambiamento climatico?", puoi usare un esempio per spiegare al tuo bambino come funzionano:

Per generare elettricità, petrolio, carbone o gas naturale vengono bruciati in grosse quantità nelle centrali elettriche. Questo processo di combustione produce gas che inquinano l’aria. Anche i gas di scarico di auto, navi, aerei e fabbriche contribuiscono all’inquinamento atmosferico.

I raggi solari e il suo calore possono così raggiungerci sempre di più. A causa dei gas, il calore non riesce ad uscire e la terra diventa sempre più calda, causando il cambiamento del clima. Questo processo è chiamato effetto serra.

L’aumento delle temperature provoca lo scioglimento dei ghiacciai al Polo Nord e al Polo Sud e dei ghiacciai sulle Alpi. Il ghiaccio, sciogliendosi, contribuisce all’innalzamento del livello del mare, che a lungo andare può inondare intere isole e farle scomparire dalle cartine geografiche. Le alte temperature possono inoltre causare l’inaridimento di altri paesaggi e la creazione di nuovi deserti.

Per evitare che questo accada, dobbiamo cercare di evitare di produrre i cosiddetti gas serra. È importante quindi generare elettricità senza emettere gas di scarico dannosi per il clima. Per farlo, si possono utilizzare le energie rinnovabili, tra cui:

Vento
Acqua
Energia solare
Calore geotermico

A differenza dei combustibili come il petrolio, il gas naturale o il carbone, le energie rinnovabili non possono esaurirsi. Il sole splende sempre, l’acqua non smette di scorrere, il vento soffia e il nucleo della terra rimane caldo. Sfruttando quindi questi elementi, possiamo generare elettricità senza produrre gas di scarico nocivi. Per questo motivo le energie rinnovabili sono così importanti per l’ambiente.

Energia Idroelettrica spiegata ai bambini: ruota idraulica fai da te

A seconda della corrente, la potenza dell’acqua aumenta. Puoi fare in modo che il tuo bambino possa osservare questo principio costruendo insieme una ruota idraulica fai da te e provandola in luoghi diversi.

Occorrente per la ruota idraulica fai da te:

3 tappi di sughero
13 bastoncini per spiedini
1 ramo spesso
Coltello per tappeti
Trapano
Colla a caldo

Istruzioni per una ruota idraulica fai da te:

Taglia a metà i tre tappi.
Lascia che il tuo bambino infili 2 spiedini in ogni metà tappo.
Taglia il ramo a circa 5 cm di lunghezza.
Fai un buco nel ramo, abbastanza grande per infilarci l’ultimo spiedino.
Effettua dei fori sul ramo per le braccia della ruota idraulica. Fanne sempre due a poca distanza l’uno dall’altro, poi continua fino ad avere 6 coppie di fori, quindi 12 fori in totale.
Inserisci ora gli spiedini con le metà dei tappi in ogni foro e fissali con della colla a caldo.

Adesso è il momento di mettere in funzionale la ruota idraulica. Tenetela prima su uno specchio di acqua ferma, poi in un fiume e poi su un passaggio d’acqua più stretto. A seconda della potenza della corrente, la ruota ad acqua girerà più velocemente o meno.

Ruota idraulica - Spiegazione per bambini:

La forza dell’acqua aziona le pale, facendo girare l’asse. Negli antichi mulini ad acqua, la forza della corrente azionava una macina che macinava il grano. Ancora oggi le ruote idrauliche sono utilizzate nelle centrali idroelettriche per generare elettricità.

Oggi le ruote idrauliche sono più piccole e più potenti e prendono il nome di turbine. Per generare elettricità con l’energia idrica, il fiume viene arginato (ad esempio con una diga) e c’è solo un tubo attraverso il quale l’acqua può scorrere. In questo tubo viene inserita la turbina. Questa ruota è in costante movimento grazie alla corrente dell’acqua e questo movimento rotatorio viene convertito in elettricità da una macchina, proprio come con una turbina eolica.

Considerazioni sull'Utilizzo di Ruote Idrauliche Moderne

Con salti elevati e volumi adatti, si possono usare due ruote sovrapposte. Questo è vantaggioso quando il livello del fiume sale, perché la ruota superiore non viene disturbata, mentre quella inferiore, girando nell’altro senso, aiuta ad allontanare i detriti e ciò consente di tenere più bassa la ruota e recuperare ciò che si perde di salto per alimentare la ruota inferiore.

Osservando la curva delle portate, il DMV, se macinato, sarebbe utilizzabile per un certo numero di giorni all'anno. Questo volume medio annuale può essere calcolato per stimare la potenza nominale di un impianto.

La potenza nominale di un impianto collocato su una briglia con un salto di 3,5 metri può essere stimata utilizzando la formula: Potenza (kW) = Portata (mc/s) x Salto (m) x 9,81. Vi si potrebbero collocare 2 ruote sovrapposte da 1,5 m.

Nei mulini a ruota verticale, la ruota o le ruote sono collocate all’esterno della struttura, su di un fianco. La ruota è fissata ad un albero orizzontale che trasmette il moto rotatorio all’interno dell’opificio. I mulini ad acqua a ruota verticale esistono grazie al meccanismo lubecchio - rocchetto invenzione di Vitruvio (I secolo a.C.) dal quale deriva la nomenclatura “mulino vitruviano”.

Grazie a questo meccanismo è possibile moltiplicare il numero dei giri delle macine rispetto ai giri delle ruote e trasformare il moto verticale della ruota nel moto orizzontale utile al movimento delle macine. Questa tipologia di mulino è comune nelle località di pianura dove i canali godono di una portata d’acqua elevata e costante e nelle località di alta montagna dove i corsi d’acqua hanno portate abbondanti e presentano notevoli dislivelli.

I raggi della ruota sono fissati all’estremità esterna dell’albero orizzontale. Questi sono collegati ad un tamburo racchiuso lateralmente da due dischi. All’interno dei dischi sono disposti dei divisori che formano una serie di cassette di uguali dimensioni.

Le ruote idrauliche per di sopra sfruttano unicamente il peso dell’acqua fatta cadere da una doccia posta al di sopra della ruota. Le pale sono a forma di cassetta per contenere facilmente l’acqua e sfruttarne al meglio il suo peso. Lo squilibrio tra cassette piene discendenti e quelle vuote ascendenti produce il moto rotatorio.

Le ruote verticali anticamente erano costruite interamente in legno, nel corso dei secoli si è iniziato a rinforzare le strutture lignee con inserti in ferro, fino a che non si è passato a costruire le ruote interamente in ferro.

All’albero orizzontale sono fissati un numero di lubecchi uguale a quello delle macine da azionare. I denti del lubecchio sono fatti per inserirsi nelle scanalature dei rocchetti. Ogni rocchetto è attraversato verticalmente da un albero di trasmissione che si dirige verso l’alto ed imprime il movimento rotatorio alla macina superiore.

Nel locale di lavorazione di un mulino a ruota verticale sono frequentemente ubicate due o tre coppie di macine diversificate per dimensioni e composizione della pietra, questo è possibile perchè ogni ruota idraulica può muovere contemporaneamente un numero di palmenti variabili da due a tre.

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