Manuale

Istituto d’Istruzione Superiore Statale
“G. Gatta”
con sez. associate I.T.Industriale e
I.P.S.I.Artigianato
Anno scolastico 2007-2008
sabato 3 giugno 2017
Via Lamia
84036 Sala Consilina Sa
Tel. 097521294
www.itis.vipnet.it Fax 097521721
[email protected]
[email protected]
PROGETTO
Fratello sole, sorella acqua
Educazione e for mazione sull’ ener gia solare
Paolantonio Zozzaro, Roberto De Luca.
Fratello sole, sorella acqua: il sole e l’acqua sono gli elementi base di questo progetto
scolastico che vuole educare e formare gli allievi alla conoscenza del problema ambientale. Fine
ultimo è quello di costruire una trappola solare che trasforma la sua energia in calore da potere
adoperare sia per uso domestico che per uso industriale.
L’idea, (sunto di un lavoro pubblicato sull’European Journal of Phisics e recensito sul mensile
Newton di maggio 2007 frutto di tre laureati in Fisica. Allegati 1 e 2) consiste nella realizzazione di uno
scaldabagno a energia solare con bassi costi di produzione.
Il lavoro proposto consiste nel realizzare un prototipo dello scaldabagno suddetto attraverso
lavori di disegno in fase di progettazione, scelta dei materiali opportuni per ottimizzare il prodotto,
lavorazione di detti materiali seguendo uno schema prestabilito, montaggio dei pezzi per ottenere il
prodotto finito ed infine la verifica del rendimento e le successive applicazioni. Questa esperienza,
oltre ad avere un’elevata valenza didattica dei concetti di educazione ambientale, permette all’istituto
scolastico di proporre, sul mercato lavorativo, tecnici specializzati capaci di gestire l’utilizzazione
dell’energia solare.
OBIETTIVI SPECIFICI DI APPRENDIMENTO
1)
2)
3)
4)
5)
6)
5)
7)
8)
9)
Conoscenza dei problemi ambientali e delle risorse energetiche attuali.
Normativa italiana sull’uso delle risorse energetiche alternative al petrolio.
Conoscere la prassi dei brevetti tecnologici.
Conoscere i concetti fondamentali di fisica utilizzati nel prototipo.
Conoscere le caratteristiche dei materiali per ottimizzare il prodotto.
Utilizzare il disegno in autocad per il progetto del prototipo.
Utilizzare la matematica per il calcolo del rendimento teorico dell’apparecchio da realizzare.
Lavorare in laboratorio e in officina per ottenere un prodotto finito.
Prendere dati reali per calcolarne il rendimento finale.
Ricercare nuove tecnologie.
FINALITA’
Sensibilizzare gli allievi all’educazione ambientale. Dare agli studenti gli elementi chiave per
potere affrontare un lavoro di progettazione tecnica.
DESTINATARI
Due gruppi di venti allievi delle classi quarte sia dell’Ipsia che dell’ITIS più un allievo per ogni
classe del biennio. La scelta degli allievi delle quarte nasce dall’esigenza di avere ragazzi con un certo
grado di preparazione scolastica e manuale per poter continuare, il prossimo anno scolastico, con
misure ed altre applicazioni della trappola solare. La rappresentanza di qualche allievo del biennio è,
invece, motivata dall’esigenza di formare i più giovani sui problemi ambientali in modo da poter
lasciare la propria esperienza a tutto l’istituto.
DOCENTI COINVOLTI
I docenti di fisica, matematica, disegno, elettrotecnica, elettronica, lingua inglese e tutte quelle
discipline che interessano la lavorazione e il montaggio di apparecchiature per il pannello solare a
concentrazione, l’assistente Tecnico di laboratorio, Il personale ATA per l’assistenza, un docente di
fisica dell’Università di Salerno.
TEMPO DI ATTUAZIONE
Novembre-Maggio.
FASE OPERATIVA
La fase operativa del progetto sarà articolata nel seguente modo:
1. Sarà svolto un corso di aggiornamento da parte del prof. Roberto De Luca, professore
all’Università di Salerno e da parte del prof. Zozzaro Paolantonio, docente dell’ITIS Gatta, per
tutti i docenti dell’ITIS Gatta. Dopo questo primo momento saranno scelti gli interessati alla
problematica tenendo privilegiando coloro che hanno svolto pubblicazioni e lavori sull’energia
solare. Il corso verterà
 sulla spiegazione pratica del progetto “Fratello sole, sorella acqua”,
con argomentazioni teoriche sul risparmio energetico,
 sulle fonti di energia alternativa,
 sui recenti convegni internazionali tenuti sul problema ambientale e in
particolar modo su quelli dello sfruttamento dell’energia solare,
 sulla teoria del corpo nero di Max Planck, che è una delle applicazioni
centrali del prototipo da realizzare,
 sull’inseguitore solare,
 sulla spiegazione della captazione vera e propria da parte delle due
parabole,
 sul funzionamento della fibra ottica o meglio guida d’onda che deve
portare l’energia radiante nello scaldabagno,
 su tutte le applicazioni di detto pannello solare così come è stato
presentato alla mostra dell’energia tenutasi il 20 ottobre a Sala
Consilina (vedi allegato 3 e slides: allegato 4).
2. agli allievi verranno fornite nozioni elementari sulle energie rinnovabili e non con elaborazione
degli attuali consumi energetici e fonti attualmente usate in tutto il pianeta. Dai dati attuali si
denota un alta dipendenza dal petrolio e dal nucleare (anch’essa fonte esauribile oltre che
inquinante; negli USA grande discarica e smaltimento dei rifiuti prodotti dal consumo di energia
nucleare); inoltre anche tutta la normativa sull’istallazione di fonti energetiche alternative;
3. nozioni sui concentratori lineari di Rubbia e puntiformi di Plancko; nozioni sulla matematica
della parabola ed anche delle altre forme ellissi;
4. funzionamento dell’ inseguitore solare (elettronica);
5. studio di un componente per l’inseguitore solare
6. disegni in autocad di tutti i pezzi meccanici del plancko
7. traduzione di articoli in inglese sugli argomenti;
8. studio delle caratteristiche delle fibre ottiche per scegliere quella opportuna per il prototipo
9. studio dello scaldabagno con all’interno il corpo nero di plance
10. stampo per fare il paraboloide con fibra di vetro
11. realizzazione del paraboloide e argentatura o cromatura per renderlo riflettente
12. in officina con gli allievi realizzazione del congegno e i supporti della seconda parabola
13. assemblaggio dei vari pezzi
14. misure di rendimento del prototipo
15. eventuali altre applicazioni del prototipo specialmente per generare energia elettrica con
caldaietta per uso domestico dimensionando gli avvolgimenti nel motore per ottenere la
tensione di 220 volt alternata con potenza media di 2 kw
1
16. convegno conclusivo con dibattito e spiegazione dei dati sperimentali, invitando le imprese del
settore, stampa locale e nazionale, esperti italiani ed esteri nel settore dell’energia solare,
politici locali e nazionali impegnati nei problemi ambientali, altre scuole e università.
CALENDARIO
data
ore
26 nov 2007
1
3 dic. 2007
1
10 dic. 2007
1
17 dic.2007
1
14 genn.2008
2
Do
Area
ata
fisica
1
Fisica
quantistica
Fisica
quantistica
1
Fisica
tecnica
1
c.
1
1
1
4
28 genn.2008
2
4 febb. 2008
2
1
2
3 marzo 2008
2
10 mar. 2008
1
1
e
1
2
Disegno
autocad
1
Ingegneri
a
elettronic
a
disegno
1
10
11-13-15-18-20
10
febb. 2008
18 febb. 2008
2
fisica
Diritto
norme
21 genn.2008
Esterno
UNIVERS.
2
2
lingue
Ing. Dei 1
materiali
Fisica ing.
12-14-17-19-21
10
marzo 2008
10
2-4-7-9-11
aprile 2008
10
10
14-16-18-21-23
10
aprile 2008
10
Officina
Ipsia
“Gatta”
Officina
Ipsia
“Gatta”
Officina
Ipsia
“Gatta”
1
contenuti
Fase operativa
Fonti
energetiche
oggi
utilizzate e spiegazione di
quello che bisogna realizzare
Corpo nero di Planck, teoria
centrale del prototipo
Applicazioni del principio
fondamentale del Plancko
Paraboloide e riflessioni,
guide d’onda, inseguitore
solare.
Energie rinnovabili e non,
uso e inquinamento.
Normativa e incentivi statali e
regionali
sull’utilizzo
di
energie alternative. Soluzioni
per avere risorse energetiche
a bassi costi di investimento.
Paraboloide e riflessioni,
guide d’onda, educazione e
formazione degli allievi.
Studio
e
componenti
solare
Corso di aggiornamento per i docenti
e invitati gli allievi di quarta.
Corso di aggiornamento per i docenti
e invitati gli allievi di quarta.
Corso di aggiornamento per i docenti
e invitati gli allievi di quarta.
Fase 2 rivolta agli allievi
Diritto ambientale
Fase 3 concetratori di Rubbia e
puntiformi, disegno di parabole
confocali.
ricerca
dei
Fase
4
e
5
dell’inseguitore
nell’inseguitore solare
Disegno in autocad e i pezzi
da realizzare sia della
parabola
che
dello
scaldabagno
Traduzione
e
linguaggio
scientifico negli articoli
Studio delle caratteristiche
delle
fibre
ottiche
e
opportuna scelta di esse per
il prototipo
Studio dello scaldabagno ed
applicazione del corpo nero
di Planck
Messa
a
punto
degli
strumenti e realizzazione
dello stampo di un metro di
diametro.
Realizzazione
del
paraboloide in fibra di vetro e
cromatura.
Realizzazione del congegno
con viti regolabili a passo fine
per
la
regolazione
in
profondità e in verticale della
seconda parabola piccola.
2
Corso di aggiornamento per i docenti
e invitati gli allievi di quarta.
Fase 6
Fase 7
Fase 8
Fase 9
Fase 10
Fase 11
Fase 12
elettronica
25-28-30 aprile
5
2008
5
2-5-7
2008
maggio
10
10
12
2008
maggio
4
4
20
2008
maggio
3
3
26
2008
maggio
3
3
84
55
totale
Officina
Ipsia
“Gatta”
Tutti
i
docenti
interven
uti
Assemblaggio dei vari pezzi
nello
per
realizzare
il Fase 13
collettore Plancko
Misure del rendimento del
prototipo
4
Preparazione del convegno
conclusivo. Preparazione di
slides da proiettare.
Convegno
conclusivo
e
presentazione dati, ricerche e
risultati di misure.
Pubblicazione dei lavori fatti
su riviste scientifiche
3
7
1
Il calendario è suscettibile di variazioni comunicate agli allievi, alla segreteria, ai docenti e al
pesonale a.t.a. coinvolto almeno tre giorni prima.
MEZZI
Aula Magna
Laboratorio del Professionale
Tornio
Frese
Strumenti per il lavoro in officina meccanica
Personal computer
Scanner
Stampante laser
Fotocopiatrice
MATERIALE OCCORRENTE
Due blocchi di poliuretano (rigid foam) di densità massima per una maggiore definizione
Guida d’onda (fibra ottica al quarzo) di sezione di diametro di un centimetro
Fogli di lana vetro
Parabole piccole di un centimetro di diametro a specchio.
Collanti per ottenere la fibra di vetro
Vernice nera per il corpo nero
Punte per il trapano per fresare
Viti a passo corto
Lamiere
Isolante per lo scaldabagno
Vernici riflettenti
Uno scaldabagno
Minuterie per l’assemblaggio dei pezzi meccanici.
3