Illustrazione da National Geographic Kids - Paint for the Planet 2008
Tutorial per costruire una centrale elettrica alimentata da esseri umani
di Achille De Tommaso
Oggigiorno, abbiamo automatizzato, motorizzato e robotizzato anche i più piccoli sforzi fisici. Allo stesso tempo, andiamo in palestra per mantenerci in forma, generando energia che va sprecata. The Human Power Plant (HPP) ripristina la connessione tra esercizio fisico e consumo energetico.
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Il 19 aprile 2018 la sedicenne Greta (ometto il cognome, come si fa con le star e i sovrani) è stata a Roma per arringare le folle durante la manifestazione “Fridays for Future”. Per il suo discorso ha usato microfoni collegati ad amplificatori che ricevevano energia elettrica generata da 120 ciclisti.
Ma Greta non è solo una grande esperta di riscaldamento climatico; è anche meritevole di lode; perché ha colto nel segno: l’energia generata da esseri umani è, forse non lo sapete, la fonte di energia più sostenibile sulla Terra. Infatti:
- Un essere umano può generare almeno tanta energia quanta quella fornita da un pannello solare di 1 m2 in una giornata di sole.
- A differenza dell'energia solare ed eolica, però, l'energia umana è sempre disponibile, indipendentemente dalla stagione o dall'ora del giorno. C'è poco bisogno di immagazzinare questa energia; perché è sempre lì (basta che ci siano dei volenterosi).
- A differenza dei combustibili fossili, l’energia generata da umani è una fonte di energia pulita.
- A differenza dei pannelli solari, delle turbine eoliche e delle batterie, gli umani non hanno bisogno di essere fabbricati in fabbrica. Si trovano dappertutto.
- A differenza di tutte le altre fonti di energia, la disponibilità di energia generabile da umani, aumenta man mano che la popolazione cresce.
- Il potere energetico umano è una fonte di energia a tutto tondo. Gli esseri umani forniscono energia muscolare che può essere convertita in: energia meccanica o elettricità, calore corporeo (specialmente durante l'esercizio, e molto utile d’inverno) e rifiuti umani (che possono essere convertiti in biogas e fertilizzanti).
Vi illustro qui di seguito come eseguire la costruzione di una centrale elettrica umana; ossia (passatemi l’inglesismo, che è di moda) uno Human Power Plant che abbrevieremo con HPP
SCHEMA A BLOCCHI
INTRODUZIONE
Quello che vedete in figura è lo schema di massima di un modello funzionante di HPP; funziona ad energia muscolare generata da una persona o (meglio) da gruppi di persone. Per la messa in funzione è consigliabile collaborare con palestre, personal trainers e allenatori sportivi.
Si assicura che queste macchine sono divertenti da usare, producono una buona quantità di energia e aiutano la socializzazione.
Lo HPP è una soluzione a tutto tondo. Può fornire energia ovunque e in qualsiasi momento; ciò, ovviamente, a condizione che gli esseri umani possano essere motivati a farlo funzionare (lo schiavismo, in questo progetto, viene escluso per motivi sociali, etici e penali).
La centrale elettrica fornisce energia sotto forma di elettricità, acqua sotto pressione e aria compressa. È costruita con parti semplici e resistenti.
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DESCRIZIONE
La centrale elettrica umana è un sistema idraulico-pneumatico; è composta da diverse macchine per esercizi, che sono disposte attorno a un dispositivo di immagazzinamento e regolatore dell'energia. Circa la metà delle macchine per esercizi pompano acqua a pressione in un recipiente, mentre l'altra metà pompa aria in un serbatoio più piccolo.
L'aria proveniente dal recipiente più piccolo viene quindi compressa nel recipiente più grande contenente acqua; fornendo il potenziale energetico idropneumatico. Il principio è molto simile a quello delle idropulitrici; o, meglio, a quei piccoli recipienti da giardino con una pompetta a stantuffo, usata a mano; e che servono ad irrorare insetticidi sulle piante.
The Human Power Plant .
Successivamente, l'acqua sotto pressione viene portata a una ruota Pelton (1) , che può fornire energia meccanica o elettricità (se accoppiata a un generatore). L'acqua cade dalla turbina in un serbatoio di raccolta, da dove può essere pompata nuovamente nell'accumulatore.
BY PRODUCT: DOCCIA AD ALIMENTAZIONE UMANA
Un prodotto collaterale all’ottenimento di energia elettrica è la possibilità di fare la doccia con energia umana. Il serbatoio di raccolta di questo sistema idrico chiuso viene infatti convertito in una doccia, dove gli atleti produttori di energia possono raffreddarsi e rilassarsi dopo i loro sforzi.
IL SERBATOIO RICEVENTE DEL SISTEMA, PRONTO PER ESSERE USATO COME DOCCIA. LA TURBINA PELTON È SOPRA IL FOGLIO DI PLASTICA BLU, CHE HA DEI PICCOLI FORI PER CREARE UNA DOCCIA.
HPP E’ UNA BATTERIA SOSTENIBILE
L'aria e l'acqua ci consentono di produrre elettricità senza l'uso di batterie chimiche, che non sono componenti sostenibili. Nel nostro generatore di potenza muscolare, l'accumulatore idro-pneumatico assume il ruolo della batteria e del regolatore di tensione.
La centrale elettrica umana è costruita da parti semplici. La macchina può essere mantenuta senza ricorrere a costosi tecnici o ingegneri di discipline inquinanti (elettronica ed elettrotecnica): essa viene facilmente riparata da un idraulico. A differenza delle batterie chimiche, la centrale elettrica umana può essere utilizzata per molti decenni.
STOCCAGGIO E REGOLAZIONE DELL'ENERGIA: ACCUMULATORE IDRO-PNEUMATICO.
MACCHINE PER ESERCIZI
Le macchine da allenamento progettate ad hoc per l’HPP producono molta potenza in un tempo relativamente breve; ve ne sono di vari tipi: avere la scelta permette alle persone di scegliere quali vantaggi fisici ottenere dai loro sforzi.
Eccone alcuni esempi:
1. Hack Squat inverso
Il Reverse Hack Squat è finalizzato all'allenamento di forza. Una persona sta con le ginocchia ricurve sotto la barra e allunga le gambe. L'esercizio rassoda principalmente i muscoli delle gambe e rafforza le ossa e i tendini.
Questa macchina per esercizi trasforma la potenza umana in aria compressa, che viene utilizzata per pressurizzare l'acqua.
Le nostre gambe sono circa quattro volte più forti delle nostre braccia; e questa macchina è il più potente produttore di aria compressa dell’HPP. Lo sforzo richiesto per sollevare la barra aumenta quando il recipiente a pressione si riempie.
2. Cross Trainer
Il Cross Trainer è la macchina di esercizio da fondo, finalizzata alla formazione di resistenza. L'esercizio rafforza il cuore e i polmoni.
Quasi tutti i muscoli sono usati, ma il carico sul corpo è il più pesante sulle gambe e sulle spalle. Vengono anche utilizzati i muscoli del tronco, soprattutto per mantenere la stabilità.
Macchina “Cross Trainer”
Le braccia spingono le leve avanti e indietro. Questo movimento pompa l'acqua nel recipiente a pressione. Le gambe vengono mosse su e giù (su delle pompette simili a quelle per materassini) come se salissero delle scale. Questo movimento pompa aria nel recipiente a pressione.
3. Estensore bicipiti e tricipiti
Questa macchina, che produce aria compressa, può essere azionata da quattro persone contemporaneamente (le quali sono quindi indotte a socializzare).
Una persona aziona i pedali, che funzionano in modo simile ai pedali del Cross Trainer descritti sopra. Due persone addestrano i loro bicipiti e tricipiti spostando le maniglie su ciascun lato su e giù.
Una quarta persona gira la ruota di legno che aziona un compressore d'aria. Il compressore d'aria manuale è sorprendentemente efficace.
4. Heavy Pull Drag
L' Heavy Pull Drag produce una grande quantità di energia in breve tempo. La macchina è ispirata alle ecologiche barche trainate nei canali da cavalli (o da esseri umani) nel passato. Come dispositivo per esercizi, è apparso negli anni '90, destinato ai giocatori di football americano.
Per produrre energia, l'operatore indossa un'imbracatura con un cavo collegato ad esso. Il cavo è avvolto attorno a un vecchio cerchione d’automobile, che è fissato a una potente pompa a membrana.
La Heavy Pull Drag è la potente pompa dell'acqua dell’HPP.
L'operatore cammina avanti o indietro mentre indossa l'imbracatura; mantenendo il proprio corpo basso sul terreno il più possibile e piegando le ginocchia. Camminando in avanti si allena i muscoli dorsali, camminando all'indietro si allena il quadricipite nelle gambe, e tirando verso l'esterno si allenano i muscoli dell'anca.
Chiunque, a qualsiasi età, può fornire energia elettrica.
E ORA QUALCHE ASPETTO TECNICO SCIENTIFICO:
Durante la ricerca per il prototipo di una centrale elettrica HPP, è stato misurato il potenziale di energia prodotta dalle varie macchine per esercizi; è stato fatto in un centro benessere.
E’ stata misurata la distanza percorsa dal contrappeso di ogni macchina e moltiplicata per il numero di volte in cui il peso è stato sollevato per 1 minuto (+/- 15 volte). La potenza sviluppata e l’energia, calcolate in base alla formula
1 kg x 9,81 m / s2 x 1 m = ... J = ... W
sono state le seguenti:
PRODUZIONE DI POTENZA
- Lat Pulldown: 594W/612W
- Leg press: 450W/360W
- Low Row: 306W/270W
- Chest Press: 270W/189W
- Machine Fly: 234W/189W
- Leg extension 207W/126W
- Triceps extension 198W/234W
- Shoulder press 135W/162W
PRODUZIONE DI ENERGIA
- Lat Pulldown: 9,9Wh/10,2Wh
- Leg press: 7,5Wh/6Wh
- Low Row: 5,1Wh/4,5Wh
- Chest Press: 4,5Wh/3,15Wh
- Fly: 3,9Wh/3,15Wh
- Leg extension 3,45Wh/2,1Wh
- Triceps extension3,3Wh/3,9Wh
- Shoulder press 2,25Wh/2,7Wh
Supponendo perdite di conversione del 30% nel generatore, la produzione di elettricità per 1 minuto è vicina a 7 Wh per la macchina più efficiente dal punto di vista energetico (Lat pulldown ). Questo è sufficiente per accendere una lampada da scrivania da 5W per più di un'ora o per utilizzare un tablet di piccole dimensioni per due ore.
Ci vorrebbero vari pannelli solari fotovoltaici e condizioni solari ottimali per generare la stessa quantità di elettricità. Le macchine meno efficienti del fitness generano ancora più di 2Wh di energia elettrica.
Se a qualcuno passasse per la mente che questo scritto riporti solo ironiche fesserie di un burlone, si ravveda! Dimostrazioni di queste tecnologie si sono avute nei seguenti luoghi e date:
- Giugno 2017: Zero Footprint Campus, Utrecht, the Netherlands.
- Luglio/agosto 2017: Kunstenlab, Deventer, the Netherlands.
- Settembre 2017: Archipel, Antwerp, Belgium.
- Ottobre 2017 - Gennaio 2018: Museum Boijmans van Beuningen, Rotterdam, the Netherlands.
E poi, gli increduli guardino il video: https://www.youtube.com/watch?v=-OUESn5VQcU
Finora queste centrali hanno avuto poca pubblicità; ma ora, con l’aiuto di Greta, le centrali ad energia umana verranno ad essere sempre più note e diffuse. E, finalmente: innanzitutto l’Italia potrà, aspirare a rendersi indipendente energeticamente; e poi il mondo non andrà incontro al sicuro disastro previsto dalla sedicenne in Senato: ”fra dieci anni, 257 giorni, 13 ore, il mondo finirà, se non avrete dimezzato la CO2.”
Probabilmente né Al Gore (che prevedeva l’imminente scioglimento dei ghiacciai dell’Himalaya); né gli scienziati del Club di Roma (che sessant’anni fa prevedevano che Venezia sarebbe stata a breve raggiungibile solo con slitte) hanno insegnato alla guru del CO2 che le profezie intelligenti si fanno almeno con scadenza di uno-due secoli.
P.S.: Ora che ci siamo liberati dall’ossessione energetica, imparando a come farci l’energia in casa, in un prossimo articolo vi mostrerò come costruirci una potente rete dati globale con materiali di scarto.
NOTE:
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- https://en.wikipedia.org/wiki/Pelton_wheel (Ruota Pelton)
APPENDICE: Una panoramica delle macchine HPP (sembrano disegni di Leonardo da Vinci; ma, ovviamente, non lo sono)
