Storia della tecnologia del '900. Arriva l'elettricità - Lez 09 - Trasporto e distribuzione dell'energia
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ApprendimentoTrascrizione
00:00Buongiorno e benvenuti a questo nostro incontro, a questa lezione che è una, se vogliamo, delle
00:11più importanti del corso, perché il tema è il trasporto dell'energia. Attenzione che
00:17non parlo solo del trasporto dell'energia elettrica, ma il trasporto dell'energia in
00:22generale, anche quella meccanica praticata però, praticabile però, unicamente con il
00:30trasporto di energia elettrica. Il programma di questo nostro incontro è un pochino complesso,
00:37avrò bisogno all'inizio di presentarvi alcune nozioni di elettrotecnica e di fare assieme
00:42a voi alcuni esercizi. Vedremo assieme quelli che sono i requisiti necessari per ogni sistema
00:51di trasmissione di energia, perché abbia un senso economico, scientifico, tecnico, pratico,
00:59ma anche e soprattutto economico, perché alla fine uno paga per ottenere un certo servizio.
01:05Vedremo le cinque soluzioni che furono poste a confronto e vedremo anche che la soluzione
01:13che fu scelta dopo la nascita di una nuova macchina imprevista, che era il trasformatore,
01:20vedremo, vi dicevo che questa soluzione ormai si è cristallizzata, si è orientata alla fine
01:27del 1800, dopo due celebri esperienze, una a Torino del 1884, l'altra a Francoforte nel 1891,
01:39che quella soluzione che nacque in quegli anni è ancora la stessa che adoperiamo noi.
01:45Quindi il programma della lezione di oggi considera tante cose, ma vi dicevo che prima dobbiamo
01:51fare qualche ragionamento di carattere generale. Allora prima in genere il principio generale
01:57è sempre, dovrei dire quasi sempre, convertire un'energia di una forma all'altra. È un problema
02:04di rendimento e qui c'è il ragionamento di convenienza. Io posso convertire un'energia
02:10termica, hai un'energia meccanica, ad esempio facendo bollire dell'acqua e sfruttando il
02:16vapore, una macchina a vapore, una turbina e quindi c'è una conversione, però perdo
02:22qualcosa, non si può mai ottenere ovviamente più energia di quanta se ne parla. L'unica
02:29energia che si può trasportare comodamente è l'energia sotto forma chimica. Ognuno di voi
02:34che abbia un'automobile si trasporta due formi di energia chimica, uno è la benzina,
02:42il carburante nel serbatoio, il quale ha una certa energia chimica e si brucia questo materiale
02:50per ottenere determinati effetti. L'altro trasporto di energia chimica è l'accumulatore
02:56che vi serve per mettere in moto la macchina, ma l'accumulatore non è niente altro che un
03:02qualcosa che accumula sotto forma chimica dell'energia elettrica. Una cosa alla quale
03:10noi uomini della tecnologia moderna non riusciamo nemmeno a capire, a rendercene conto, che l'energia
03:19meccanica in sé e per sé, l'energia meccanica non si può trasportare più di qualche centinaio
03:25di metri, perché dopo le perdite diventano tanto grandi e tanto alte che si perde per strada
03:33più di quanto ne arrivi a destinazione o l'energia che arriva a destinazione è minima e questo
03:39è stato, ma attenzione, fino al 1860, il crucio di tutti, da qui è la tesi, quella che
03:45voi vedete alle mie spalle è il titolo della tesi di Galileo Ferraris, dissertazione e tesi
03:54alla commissione esominatrice di Galileo Ferraris, il titolo era trasmissioni telodinamiche, erano
04:01trasmissioni nelle quali un'energia meccanica veniva trasmessa a distanza usando delle funi,
04:08ma leggiamo le prime tre righe del primo capitolo della tesi, raccogliere il lavoro di un motore,
04:15la leggo per voi, e mandarlo in ogni guisa distribuito a distanza di più centinaia e migliaia
04:22di metri senza che la trasmissione ne assorba tanta parte da ledere le convenienze economiche,
04:28ecco il seducente problema che mi sta davanti, quindi uno dei milioni ingegneri che l'Italia
04:34abbia mai prodotto nel 1850 si poneva il problema di trasportare l'energia meccanica e diceva
04:42a distanza di più di alcune centinaia di metri, di alcune migliaia di metri, qualche chilometro,
04:50mentre adesso sotto forma elettrica l'energia meccanica con opportune conversioni la possiamo
04:57trasmettere a migliaia di chilometri, quindi questa qui è una cosa molto importante, la nostra
05:02società industriale è resa possibile solo perché è possibile trasferire grandi quantità
05:09di energia. Continuiamo in questa piccola parentesi di carattere tecnico, chiedo scusa a quelli
05:15di voi che abbiano già un bagaglio di nozioni di carattere elettrotecnico, ma ricordo solo
05:22alcune grandezze che ogni tanto mi capiterà di nominare. La prima è la Joule, energia, lavoro,
05:29mi raccomando non si dica Joule, siamo solo noi italiani che diciamo Joule per motivi misteriosi,
05:36il signor Joule si chiamava Joule anche se era di nazionalità inglese, ma il cognome e quindi anche
05:45l'unità va pronunciata Joule e non Joule, non va pronunciata l'americana. Un'altra grandezza molto importante
05:53è l'unità di potenza, il watt, altra grandezza che molti di noi conoscono è il volt, non fosse altro
06:01quando andiamo dall'elettricista a comprare la pila, gli chiediamo sia la pila da un 9 volt oppure le pile
06:08da un volta e mezzo per il telecomando o cose del genere, quindi l'unità di tensione, altra unità
06:14importante è la corrente, la corrente è la quantità di carica elettrica trasportata in un secondo,
06:24anche questa si scrive Ampere perché tutte le parole dei nomi scientifici diventano parole
06:31della lingua italiana e quindi non è necessario mettere l'accento grave.
06:35Ohm, l'unità di resistenza elettrica e poi abbiamo infine l'energia che è quella che paghiamo
06:43alla fine del mese, ogni due mesi, nelle bollette dell'energia elettrica che sono date in kilowattore.
06:50Il kilowatt è l'energia fornita e consumata durante la durata di un'ora sotto la potenza
06:58di mille watt, cioè di un kilowatt. Dobbiamo ancora vedere queste leggi un momentino, la legge
07:05di Ohm che fu enunciata nel 1824, non fu accettata, Ohm ha perso addirittura il posto dell'università,
07:15sarebbe una storia molto interessante da raccontare per vedere la difficoltà, qualcosa abbiamo
07:21detto in una delle prime lezioni di questo corso, di fare recepire certi concetti, quando
07:27il concetto è innovativo, quando non rientra tra i parametri tra i paradigmi che le singole
07:34società accettano per ogni momento. La legge di Ohm è importantissima, qui è scritta
07:41la legge di Ohm nella quale si dice che la resistenza in Ohm di un qualsiasi conduttore
07:47elettrico è qualcosa che dipende da una caratteristica del materiale col quale è fatto, dalla lunghezza
07:53del filo e dalla sezione del filo. C'è un altro principio importante che sono le relazioni
08:01di Jules, non di Jao, ricordo, che anche queste ci sono voluti 15 o 20 anni per farle accettare.
08:10Jules di professione era il figlio di un birraio che voleva migliorare la birreria del padre,
08:17aveva un forte interesse per la matematica, per la fisica e con metodi originali dimostrò
08:23le leggi di Jules che voi vedete indicate, sono due che è la potenza, il prodotto del
08:31quadrato della corrente per una resistenza o il prodotto di una tensione per la corrente
08:37che fluisce nel circuito. Vedete che anche in questo caso ci vollero ben 15 anni prima
08:43che una legge sulla quale funzionano tutti gli oggetti, le due leggi, anche in questo caso
08:50ci vollero 15 anni sulle quali funzionano, sulle quali è basato il funzionamento di tutti
08:55gli oggetti elettrici, anche di quelli che abbiamo a casa nostra, ci vollero del tempo,
09:00ci vuole del tempo perché venissero accettate.
09:05Un'ultima cosa che riguarda sempre Jules, le peri, in un circuito ci sono sempre delle
09:11perdite e queste perdite elettriche che esistono in qualsiasi componente elettrico, pila, conduttore,
09:20Jules dimostrò con delle belle esperienze, usando dei calorimetri, che tutte queste perdite,
09:26cioè lui metteva una certa energia elettrica, otteneva una certa energia meccanica, la differenza
09:32finiva tutto in calore, questo calore non era recuperabile, quindi in calore dissipato
09:38dentro l'oggetto, questo calore era irreversibile, non poteva essere riconvertito in altre
09:45formine di energia e quindi l'esistenza delle perdite elettriche fissa purtroppo il rendimento
09:52di qualsiasi dispositivo elettrico, è nostra comune esperienza sapere che un oggetto elettrico,
10:02un motore elettrico che gira dopo un poco si scalda e questo qui è il calore, è l'energia
10:08persa che si trasforma in calore. Ci sono due regolette di carattere generale, che la
10:16perdita di potenza entra in una linea, che cos'è la linea? La linea è quell'insieme
10:22di fili che portano energia dalla centrale all'utente, quando noi entriamo in una città
10:27vediamo che confluiscono verso la città tutte le linee ad alta tensione, queste perdite
10:34sono proporzionali alla resistenza, proporzionali al quadrato della corrente che ci passa a
10:41tensione, quindi a parità di tutto ci converrà a trasmettere l'energia, una certa quantità
10:48di energia, col minimo di corrente possibile, quindi vuol dire con la massima tensione, poi
10:54ovviamente la caduta di tensione tra inizio e file della linea è proporzionale alla corrente.
11:00Queste cosette di carattere elementare, che però sono notizie importanti, ci consentono
11:07di arrivare a delle leggi di proporzionalità che valgono per tutte le macchine e anche a
11:14fare qualche esercizio. Queste leggi che sono valide per tutte le macchine elettriche
11:19dicono che la potenza è, occhio e croce, proporzionale alle dimensioni, questo qui lo sappiamo
11:26anche quando andiamo a comprare una pila dall'elettricista all'angolo, noi vediamo
11:31che la tensione, la corrente che può dare la pila è proporzionale alle dimensioni, provate
11:37a pensare all'accumulatore, quelli di voi che hanno un'utilitaria oppure quelli che
11:42hanno una vettura con motore diesel che ha bisogno di più potenza per partire, la batteria
11:47è più grossa, non diciamo le batterie dei camion, quindi un parametro grossolano dice
11:53che la potenza è proporzionale alla dimensione dell'oggetto, quindi alle sue dimensioni, tra
12:00cui anche alla massa e anche alla quantità di rame usato e quindi siccome un rame è un
12:05metallo caro, costoso, non ce n'è tantissimo, più grossa è la macchina, più la macchina
12:12costa, proprio perché richiede la immobilizzazione di una grossa quantità di rame.
12:18possiamo vedere qualche altra legge di questa legge di carattere generale che quindi come
12:28vi dicevo più rame c'è più costa la macchina e quindi è giusto dire che la potenza è
12:34proporzionale al costo, oltre ricordo per l'ennesima volta che le perdite sono proporzionali
12:41al quadrato della corrente. Arrivati a questo punto, chiedendo sempre scusa a quelli di voi
12:46che hanno un bagaglio di conoscenze tecniche, facciamo rapidissimamente due esercizi, qui
12:54incidentalmente vedete che ci sono le copertine di tre libri, uno di misure elettriche, uno
13:01di misure radioelettriche e l'ultimo di misure elettriche ed elettroniche. Facciamoci un paio
13:08di esercizi, immaginiamo di voler trasmettere una grossa potenza di 10 kW a 100 volt, è necessario
13:19avere una corrente di 100 A, immaginiamo di voler trasmettere questa energia tramite una
13:28batteria, allora si perde una certa, questa è la potenza utile, si perde una certa potenza
13:37all'interno della linea e quindi noi vediamo che dobbiamo spedire la potenza di 510 mila
13:47watt per poter ottenere 10 mila watt all'utenza, perché abbiamo fatto una scelta sbagliata,
13:54cioè di avere una grossa corrente e una linea da 50 Ohm. Facciamo un altro esercizietto,
14:00adesso abbiamo 10 kW, la potenza è sempre 10 kW, però la alimentiamo a mille volte, ci
14:09basta una corrente di 10 A, vediamo la cosa fantastica che la potenza persa nella linea,
14:16la linea è la stessa, sempre 50 Ohm, in questo caso la potenza persa è di 5 mila
14:23watt, 10 mila sono quelli che ci servono, basta partire con 15 mila watt, è un esempio
14:29diciamo fatto un pochino tirato, ma vi dà un effetto, un'idea immediata di come vadano
14:37le perdite dell'importanza. Facciamo un esempio che è comune a tutti noi, un'esperienza
14:43comune, quando noi d'inverno abbiamo lasciato la macchina all'esterno, fa freddo, l'olio
14:51è diventato più denso, le perdite della batteria aumentano quando la temperatura scende, tentiamo
15:00di accendere il motorino e vediamo che l'autoradio che abbiamo acceso o le lampade della vettura
15:07che abbiamo già acceso si abbassano di colpo, e beh un motorino d'avviamento d'automobile
15:12consuma, è un motore che è dell'ordine di molte centinaia di molte, se non di un
15:19chilowatt o due, è alimentato a 12 volte e quindi ci vogliono delle correnti enormi,
15:25centinaia di ampere e quindi su un filo che è il conduttore che è della batteria va il
15:31vostro cruscotto, che va tutto al sistema di alimentazione, che è solamente di 0,02
15:38ohm, tutti questi 100 ampere che circolano provocano una caduta di due volte, vi vedete
15:44le luci che si abbassano e l'autoradio che si spegne. Quindi cosa essenziale è delle
15:52trasmissioni di energia, usare la massima tensione possibile perché a questa corrisponde
15:57la minima corrente e le minime perdite. Quali sono le potenze elettriche che ci servono
16:03per i vari oggetti? Qui c'è un lungo elenco di oggetti comuni, la lampadina tascabile, la
16:10lampada elettrica, il phon in funzione della temperatura dell'aria, il ferro da stilo che
16:16avete a casa vostra, la lavastoviglia che da 100 watt può andare fino a 2 kilowatt quando
16:23sono accese le resistenze che riscaldano l'acqua e tanto per avere un'idea vediamo
16:29la potenza in kilowatt dei vari motori per tre tipi di automobili. L'automobile non ci
16:36riguarda oggi, ma oggi ci riguardano invece le lavastoviglie e gli altri oggetti oppure
16:41anche tutte le utenze di carattere meccanico.
16:45Allora altre potenze che noi abbiamo sono sempre ordini di grandezza, potenze necessarie
16:54per un tipico alloggio di 100-150 metri quadrati, per fortuna che non tutte queste utenze sono
17:01attaccate assieme, non è stato messo il frigorifero o qualche altro oggetto, ma voi
17:07vedete che tra una cosa e l'altra si arriva tranquillamente, si può arrivare ai 10 kilowatt
17:13per ogni appartamento, per fortuna non tutti gli attrezzi, tutti gli oggetti sono accesi
17:19contemporaneamente, ma provate a pensare quanta energia deve arrivare a una città, è una città
17:25tipicamente di un milione di abitanti, ci possono essere tranquillamente 700 mila appartamenti
17:36e in 700 mila appartamenti se ognuno mangia solamente 2 o 3 kilowatt fate voi i conticini.
17:45Allora abbiamo visto alcune nozioni necessarie e adesso vediamo il secondo punto, quelli che
17:50sono i requisiti necessari per una distribuzione di energia. La distribuzione di energia deve
17:57essere non solo efficiente, ma a un certo momento deve costituire un reddito per chi ha investito
18:06delle cifre a volte in mani per generare il sistema della produzione. Quindi una fonte,
18:15un sistema di distribuzione di energia deve rispondere almeno a 6 requisiti. 3 requisiti
18:22sono di carattere tecnico, che sono la generazione di altra energia, la illuminazione, la forza
18:30motrice, quindi queste qui sono 3 usi. Poi ci sono altre 3 prestazioni che sono necessarie,
18:37la possibilità di trasportarla, la comodità di distribuirla nelle singoli appartamenti
18:44e poi anche la possibilità di tarificazione. Quindi ci sono queste 3 prestazioni che sommate
18:52ai 3 usi fanno 6 requisiti. Allora adesso io vi presenterò un certo numero di sistemi
18:59di distribuzione di energia elettrica che sono stati provati e sperimentati in funzione del
19:06tempo e per ognuno di questi vi dirò se sono soddisfatte quali e quante di questi 6 requisiti
19:13generali che dovrebbe dare ogni sistema. Però prima di andare avanti devo fare un'osservazione
19:22di carattere essenziale che è la seguente. Quando un risultato finale è ottenuto da tutta
19:30una serie, da una catena di trasformazioni di energia, l'alternatore, il trasformatore
19:37lo vedremo, la linea, il trasformatore eccetera eccetera via via, il rendimento totale del sistema
19:45è il prodotto dei rendimenti delle singole macchine. Quindi se io ho tante macchine,
19:52immaginiamo di avere, faccio un esempio stupido, di una macchina che abbia rendimento 0,1 e tutte
19:57le altre macchine che hanno rendimento 0,99, ma siccome sono in cascata l'una con l'altra
20:03il rendimento è minore di 0,1. Quindi facciamo un esempio, se abbiamo una catena di tre macchine
20:11con rendimenti 0,8, 0,9 e 0,6 il rendimento globale del sistema che è quello che importa
20:19a me è 0,43. Allora vi rendete conto che in queste condizioni è stupido prendere la macchina
20:27che ha rendimento 0,9, spendere una barca di quettrini per trasformarla in una macchina
20:34che ha rendimento 0,95. È stupido perché chi detta rendimento globale è sempre la macchina
20:42che ha il rendimento peggiore e questo qui è una legge necessaria. Quindi è corretto dire
20:49che il rendimento globale, essendo il prodotto di vari rendimenti delle macchine, è sempre
20:56più piccolo e sempre minore della macchina meno esistente. Adesso che abbiamo visto i requisiti
21:05necessari, quelle tre caratteristiche più tre prestazioni, vediamo le cinque soluzioni
21:13a confronto. Le soluzioni che sono state poste a confronto in Europa, ma anche negli Stati
21:20Uniti sono state cinque. Si iniziò, cosa vuol dire? Vuol dire 1870-1875 con la soluzione
21:32in continua bassa tensione. Poi subito dopo si cercò un'altra soluzione alternata, bassa
21:41tensione. Poi vedremo di tutte queste soluzioni, di queste cinque soluzioni, perché sono morte
21:49soprattutto e perché una sola è rimasta. Quattro sono morte e una sola è rimasta.
21:55Poi abbiamo la soluzione continua in alta tensione, vedremo vantaggi e svantaggi. Altra soluzione
22:01alternata alta tensione, questa qui fu la soluzione proposta da Galileo Ferranis del 1884 e poi
22:12infine la soluzione che ha vinto, che è quella che è rimasta, quella che usiamo tutti noi,
22:19alternata alta tensione polifase e cioè alternata alta tensione trifase, bifase o trifase.
22:28Ho detto polifase perché potrebbe anche essere esafase, cioè sei fasi. Comunque non monofase,
22:35ha più fasi. Cosa vuol dire? Vuol dire più fili in pratica per trasportare queste cose.
22:42Le macchine della trasmissione continua sono state tante. Voi vedete qui un elenco di oggetti,
22:50molti dei quali li conosciamo, la pila, l'accumulatore, alcune macchine, la dinamo, il motore di Pacinotti,
23:02quella che lui chiamava la macchinetta, è la macchina di Gramma, come è il dinamo, la macchina di Siemens.
23:11Quindi voi vedete anche le date di queste macchine in continua.
23:15E in quest'altra trasparenza gli usi consentiti dalla continua.
23:20Vedete che sono tanti, illuminazione, elettrochimica, motori per trazione, è accumulabile.
23:27Come fate voi sulla vostra automobile, l'energia elettrica continua,
23:32quella generata dalla dinamo della vostra macchina o quella generata dall'alternatore della vostra macchina,
23:38che è fatto girare con una cinghia dal motore a benzina e poi tramite diodi è convertita in una corrente continua,
23:47ahimè è possibile accumularla, ma i rendimenti sono molto bassi.
23:53E soprattutto la corrente continua in pratica non è trasportabile.
23:57Però naturalmente fu la prima, qui abbiamo i grandi esempi,
24:01il primo esempio del mondo fu a New York e il secondo a Milano, 1883.
24:08Quindi è il primo esempio europeo fatto con quattro dinamo e 4.800 lampadine
24:15da professor Colombo, il quale con altri suoi amici comprò i brevetti di Edison.
24:23Andava bene per l'illuminazione, andava bene come forza matrice,
24:30andava bene, abbastanza bene come distribuzione, però non più di poche centinaia di metri anche questa.
24:36Quindi la distribuzione era limitata in distanza, poche centinaia di metri,
24:42manca il trasporto, non si può trasportare a distanza
24:45e anche noioso anche la tarificazione, non agevole o costosa la tarificazione.
24:52In genere la tariffa era così, uno ha 7 lampadine, paga per 7 lampadine,
24:57perché misurare bene l'energia consumata non è facile.
25:01Allora l'energia continua, andava bene per tante cose, continua a bassa tensione,
25:06ma non aveva il trasporto a distanza e non consentiva una facile tarificazione,
25:12manca il trasporto.
25:13Quindi questo sistema era condannato a morire come poi morì.
25:17Allora si pensò, perché non facciamo una distribuzione in continua con alta tensione?
25:23Allora l'idea era semplice, siccome non si può fare una dinamo isolata a più di qualche migliaio di volt,
25:312000, 2500, 3000, ha detto, mettiamo 4 dinamo, come indicato nel disegno,
25:37in cascata, una sopra l'altra.
25:39Le facciamo girare da un motore primario con delle cinghie,
25:44in maniera da sommare la tensione a 10.000 volt,
25:474 dinamo da 2500,
25:50la linea abbiamo a basse perdite perché ha d'alta tensione,
25:55dall'altra parte mettiamo 4 motori in cascata,
25:59tutti da 2500 volt,
26:01i quali a loro volta fanno girare con un albero meccanico,
26:06delle dinamo a 100 volt, così distribuiamo la tensione a 100 volt.
26:10L'idea era bella, l'idea ha funzionato,
26:13ma ahimè, ahimè cosa succede?
26:16Il rendimento di un sistema è il prodotto di una catena di vari componenti,
26:22qui avevamo l'energia meccanica che veniva convertita in energia elettrica,
26:28veniva trasmessa a distanza,
26:29poi a distanza da energia meccanica,
26:31da energia elettrica, scusate, veniva convertita in energia meccanica,
26:36con la quale si facevano girare gli alternatori,
26:40non gli alternatori, delle dinamo,
26:42le quali producevano la bassa tensione necessaria.
26:45Uno potrebbe dire,
26:46non potevano mandare i 10.000 volt direttamente delle case,
26:51no, era troppo pericoloso.
26:53Allora si prendeva questa tensione,
26:55si facevano girare quei motori elettrici in cascata,
26:58ogni motore faceva girare una dinamo che dava la tensione di 100 volt
27:03e quindi avveniva la distribuzione.
27:05Quindi questo metodo non poteva funzionare
27:09perché il rendimento, essendo prodotto dei singoli rendimenti,
27:13immaginando che ognuno di questi passaggi,
27:15e poi la situazione era molto peggio,
27:18avesse un rendimento di 0,8,
27:20i passaggi sono 4
27:22e quindi il risultato finale è che si aveva un rendimento globale di 0,4.
27:28In pratica era molto più basso.
27:30Il sistema non poteva vivere
27:31perché risolveva il problema della trasmissione,
27:36non risolveva quello del rendimento.
27:39I 5 requisiti sono soddisfatti,
27:41ma il rendimento è troppo basso.
27:44Allora però adesso,
27:45prima di andare avanti e a vedere
27:47i vantaggi e gli svantaggi dei sistemi in alternata,
27:52vi devo presentare un oggetto
27:54che comparve improvvisamente nel 1871-72,
28:01inventato da un francese che si chiamava Goulard,
28:04il quale era un'ottima persona,
28:06però era uno che aveva avuto le esperienze più curiose,
28:10si dilettava in chimica, si dilettava in esplosivi
28:13e, tra virgolette, inventò questa macchina rivoluzionaria
28:18che è il trasformatore,
28:20ripeto, la macchina sulla quale è basata
28:23la trasmissione dell'energia elettrica a distanza,
28:26senza sapere bene cosa facesse.
28:29Su questo oggetto,
28:30che era la nuova macchina e il trasformatore,
28:34corsero le idee più strane.
28:38Si diceva addirittura,
28:39veniva chiamato il generatore secondario
28:41perché generava energia,
28:43finché Galileo Ferraris,
28:46scusate se ripeto,
28:48ma lo faccio a ragione veduta,
28:50il nome di Galileo Ferraris,
28:52perché è la persona che ha aperto la strada
28:56alla moderna società basata sulla trasmissione dell'energia,
29:01fece tutta una serie di esperienze
29:03e l'oggetto che voi vedete in questo momento alle mie spalle
29:06e la fotografia di un trasformatore
29:10che fu usato da lui nel 1884,
29:17nella prima esperienza mondiale di trasporto di energia,
29:20proprio quell'oggetto lì,
29:22questa macchina qui,
29:23Galileo Ferraris,
29:24fece le ricerche, gli studi,
29:26scrisse la teoria,
29:28dimostrò che questa macchina
29:30poteva avere un rendimento estremamente più elevato,
29:33anzi, attenzione gente,
29:36di tutte le macchine create dall'uomo
29:38le metto tutte,
29:39l'orologio, la turbina,
29:41l'alternatore, l'automobile,
29:44l'alternatore,
29:45e l'alternatore,
29:47quelle che volete voi,
29:48l'orologio al limite,
29:50il trasformatore è la macchina
29:52che ha il rendimento più elevato,
29:54ci sono degli oggetti
29:56che hanno un rendimento del 99%,
29:59quindi di tutte le macchine create dall'uomo,
30:03macchine per modo di dire,
30:04come giusta posizione di oggetti,
30:07questa qui non è un'automobile,
30:09ma è una macchina,
30:10di tutte le macchine dell'uomo
30:11il trasformatore è quella
30:13che ha il rendimento più elevato.
30:15Allora facciamo un esercizietto
30:17per vedere i vantaggi del trasformatore,
30:20qua giù è la centrale,
30:22abbiamo un oggetto,
30:23poi vi dirò che cos'è,
30:25è l'alternatore,
30:26il quale produce una tensione a mille volte,
30:30con un trasformatore viene alzata
30:32a 100.000 volte,
30:35il segnale viene portato,
30:37il segnale,
30:38l'energia viene portata ad alta tensione,
30:41a 100.000 volte con una linea,
30:43con una corrente di 10 A,
30:45un altro trasformatore da 100.000 volte
30:49la ritrasforma a 200 volte per i servizi,
30:53i due oggetti hanno un rendimento molto elevato
30:56e facendo un poco di conticini
30:59vediamo che alla fine della linea
31:02noi eroghiamo un megawatt,
31:06cioè un milione di watt,
31:07perché 5.000 A moltiplicato a 200 fa un milione
31:11e le perdite lungo la linea
31:14sono dei miseri 5.000 watt.
31:16quindi la potenza che il mio oggetto deve generare,
31:22ho fatto l'ipotesi che il rendimento del trasformatore
31:25sia uguale a 1,
31:26non è 1 ma è da quelle parti
31:28e noi possiamo vedere che questo sistema
31:31dissipa lungo la linea solo 5.000 watt,
31:35ne porta un milione presso l'utente
31:38e quindi abbiamo un rendimento estremamente elevato
31:41che è molto vicino ad 1.
31:44quindi questa macchina è quella che ha risolto
31:47e quindi è una catena di oggetti,
31:50abbiamo l'alternatore,
31:52dopo l'alternatore questo trasformatore,
31:56vedete l'82 e l'83 la teoria di Ferraris
31:59e poi mancava l'ultimo pezzo
32:01che era il motore che consentisse
32:04la conversione dell'energia elettrica alternata
32:07portata a distanza,
32:10la conversione in energia meccanica,
32:12anche in questo caso l'anello mancante,
32:17cioè il motore fu inventato da Galileo Ferraris
32:20ed è quell'oggetto delle quali a casa vostra
32:23ne avete almeno una decina di esemplari
32:25dal contatore che gira in cantina
32:28ai vari motori che ci sono nelle varie utenze.
32:32Quindi l'alternata consente anche l'illuminazione,
32:38consente la trasformazione in energia meccanica,
32:42il trasporto è facile,
32:44purtroppo non è accumulabile,
32:46tutti gli sforzi che sono stati fatti
32:48in questa direzione non hanno portato a risultati.
32:51L'energia elettrica alternata dovete mangiarla,
32:55dovete consumarla,
32:56nello stesso momento al più mezzo secondo
32:59dopo che l'avete prodotta.
33:01Questo mezzo secondo o secondo
33:03è il tempo che impiega l'energia
33:04a partire dalla centrale,
33:07magari una centrale idroelettica nel nord Italia
33:10per arrivare nell'Italia centrale.
33:12Non può essere accumulata,
33:13ma questo non è un problema.
33:16È trasformabile perché esiste il trasformatore
33:18e quindi l'energia bassa,
33:21si può fare l'illuminazione,
33:24è stata utilizzata,
33:25l'energia alternata in bassa tensione
33:28soprattutto in Francia,
33:30però al solito non poteva essere trasmessa a distanza.
33:33Quindi la distribuzione era possibile,
33:36il trasporto non era possibile,
33:39la tarificazione non era possibile
33:42e manca il motore semplicemente
33:44perché non era ancora stato inventato.
33:47Quindi la trasmissione a bassa tensione
33:51di energia alternata non poteva sopravvivere.
33:56Ricordo appunto,
33:57manca la tarificazione
33:59e quindi avveniva legata al consumo.
34:03Quindi questa qui è,
34:04passiamo dall'alternata in alternata
34:07a bassa tensione a quella ad alta tensione,
34:10il famoso esperimento dell'84 di Galileo Ferraris,
34:14da Torino mandò a Lanzo
34:16circa a 40 km di distanza,
34:1910 kW venne una commissione internazionale
34:24da tutto il mondo per verificare.
34:26Quindi l'alternata a bassa tensione monofase
34:31serve per l'illuminazione,
34:35va bene per la distribuzione,
34:37va bene per il trasporto,
34:39manca il motore,
34:41ma solo perché non era stato inventato
34:43e manca la tarificazione
34:45e che vedete che ogni volta
34:47c'è qualcosa che manca,
34:48cioè c'è qualcosa ma poi manca
34:51la cosa essenziale che chiude la cosa.
34:55Poi finalmente arriva la soluzione
34:57dell'alternata trifase o polifase
35:00la quale ci dà l'illuminazione,
35:03è facile la distribuzione,
35:04soprattutto è possibile il trasporto
35:07a distanza,
35:09la forza botrice,
35:10esiste il motore con campo magnetico rotante,
35:14la tarificazione è facile
35:16perché il motore che ha inventato
35:18Galileo Ferraris, come dicevo poco fa,
35:21è il contatore che avete a casa vostra.
35:23Quindi questa soluzione,
35:25quella dell'alternata alta tensione trifase,
35:29è rimasta perché come vedete
35:31nell'ultima riga della trasparenza,
35:34tutti i requisiti sono soddisfatti
35:36e questa qui è la soluzione
35:40che noi usiamo in continuazione.
35:45La distribuzione trifase in alta tensione
35:50è stata provata in sede internazionale,
35:53adottata dopo questa esperienza,
35:551891,
35:58e la trasmissione,
35:59uno si potrebbe dire,
36:00ma perché non usiamo l'alta tensione monofase
36:04e siamo passati a quella trifase,
36:07quella trifase fatta a Francoforte,
36:13e qui c'è l'esempio dei valori numerici
36:16di questo esempio,
36:18i vantaggi sono tre,
36:19il primo a parità di rame impiegato nella linea,
36:25e quindi il costo,
36:26si trasportano maggiori quantità di energia,
36:29e questa è una cosa importante.
36:31Secondo,
36:32si ottiene immediatamente
36:33l'inversione del verso di rotazione del motore,
36:38cambiando una fase rispetto all'altra,
36:40e si ottiene anche l'avviamento immediato
36:43di un motore anche sotto carico,
36:46e questi sono dei vantaggi notevoli di questo oggetto.
36:50Non ho saputo resistere alla tentazione
36:53di farvi vedere il prototipo
36:55del primo motore con induzione,
36:59qui per corrente alternata bifase,
37:01fatto da Galileo Ferraris.
37:04Questo motore fu inventato nel 1885,
37:11tra l'85 e l'86,
37:13con una delle tante manifestazioni
37:17del curioso carattere di quell'uomo,
37:19non ne pubblicò la descrizione,
37:24gli avrebbe assicurato anche,
37:26non solo una priorità dell'idea,
37:29ma anche non trascurarvi
37:31i vantaggi economici.
37:32Lui diceva che la missione del dotto,
37:35la missione del scienziato,
37:36è quella di scoprire il nuovo
37:38e non guadagnare direttamente,
37:41non tutti la pensavano così,
37:42e solo la pressione di alcuni amici
37:47lo convisse a pubblicare
37:50negli atti dell'Accademia delle Scienze di Torino
37:53nel 1888 la descrizione di questo motore,
37:59la teoria di questo motore
38:01e lui appunto spiegò
38:03che con le correnti che faceva circolare
38:07sfasate nel tempo,
38:09vedete le freccette,
38:11in questi avvolgimenti,
38:14lui otteneva il fatto
38:15che un oggetto,
38:17inizialmente era un cilindro di rame,
38:20si mettesse a ruotare
38:22all'interno della macchina,
38:24di questa disposizione sperimentale.
38:27La disposizione sperimentale odierna
38:29non è fondamentalmente molto diversa,
38:32abbiamo una serie di avvolgimenti
38:34che alimentati in alternata
38:36creano il campo magnetico rotante
38:38e dentro c'è un oggetto
38:40che, scusatemi il modo di parlare colloquiale,
38:44gli corre dietro,
38:45corre dietro questo campo magnetico che ruota.
38:48Uno potrebbe dirmi questo,
38:51qui io vedo due avvolgimenti separati,
38:54lei ci ha parlato della trifase
38:56con le tre linee
38:57che già erano dei campi,
39:00come fa a partire la mia lavastoviglie
39:03e tutti gli altri oggetti che ho a casa
39:06quando so che a casa mia
39:10arrivano due soli fili
39:12e quindi ho una corrente monofase,
39:15la spina ha due morsetti solo
39:18e quindi ho un monofase.
39:19Allora la storia è molto semplice,
39:22il vostro motore,
39:23tutti i motori degli elettrodomestici
39:26che avete a casa vostra
39:27vengono imbrogliati
39:29perché c'è un ulteriore avvolgimento
39:32nel quale usando le proprietà
39:34dei circuiti elettrici,
39:36in particolare dei condensatori,
39:39si simula la presenza di un'altra fase,
39:42di un altro segnale,
39:44si imbroglia il motore
39:45e il motore parte,
39:46poi quando è partito va avanti
39:48per i fatti suoi.
39:49Comunque a parte questa spiegazione
39:50così colloquiale,
39:53sono sicuro che tutti voi
39:55abbiate ricepito il fatto
39:57della importanza della trasmissione
39:59dell'energia,
40:01il trasformatore
40:02e poi dell'importanza del motore
40:04che converte l'energia
40:07che è stata trasportata
40:09di nuovo in energia meccanica.
40:11E con ciò vi saluto.
40:12Grazie a tutti.