Introduzione
E’ dagli anni ’60 che l’uomo coltiva il sogno di viverre in città galleggianti, in risposta agli effetti potenzialmente catastrofici indotti dall’innalzamento del livello degli oceani, causato dal riscaldamento globale. L’architetto Vincent Callebaut’s propose una struttura di città a forma di giglio, (capace di ospitare 50.ooo persone) auto sostenuta con fotovoltaico, eolico, biomasse, e coperture in biossido di titanio che colpite dai raggi UV consentono la purificazione dell’aria.
Questi progetti presentavano tutti un problema di stabilità essendo basati su piattaforme passive, zattere, incapaci dunque di modificare il proprio assetto, (livello sul mare ed angolo di sbandamento) rispetto alla distribuzione del carico ed a eventi esterni indotti dal moto ondoso (tempeste uragani, tsunami).
Il nostro approccio è di fornire uno strumento che permetta di rendere la piattaforma equivalente ad una terra emersa, indifferente ai disturbi generati dalla distribuzione del carico e dall’ambiente esterno, dunque una piattaforma con un controllo attivo dell’assetto.
FLOATING LANDS
INDICE
- Che cos’è?
- Come è fatta?
- Come funziona?
- Utilizzi
- Altre applicazioni
- Perchè è innovativa?
- Vantaggi
- Punti di debolezza
- Dove siamo arrivati
- I prossimi passi
- Cosa chiediamo?
- Cosa ci serve?
- Cosa potremmo fare in futuro?
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FLOATING LANDS smart island
1. CHE COS’E’?
L’elemento costituente la Smart Modular Floating Structure è una piattaforma galleggiante semi sommergibile auto stabilizzante.
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FLOATING ISLAND SMART ISLAND
2. COME E’ FATTA?
E’ composta da moduli galleggianti uniti tra di loro. Ogni modulo è un serbatoio cilindrico aperto sul fondo. Una variazione del carico incidente sulla piattaforma, induce una riduzione dell’altezza di galleggiamento.
Il sistema di controllo dell’assetto sfruttando il principio della spinta idrostatica di Archimede, immette aria compressa all’interno del serbatoio, consentendo il ripristino dell’altezza di galleggiamento iniziale.
Variazioni di carico sulla piattaforma ed effetti di sollevamento dovuti alla marea sono così bilanciati dinamicamente.
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FLOATING house
3. Come funziona?
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Un complesso sistema elettronico controlla i flussi d’aria compressa attraverso elettrovalvole, che aprendosi e chiudendosi regolano nei vari punti delle piattaforma la spinta idrostatica.
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La struttura è realizzata in calcestruzzo alleggerito e rinforzato da fibre in PVA (polivinil – alcol) , con armature in fibra di vetro che a differenza dell’acciaio convenzionale è completamente immune alla corrosione ed aumenta la resistenza agli sforzi di tipo impulsivi a cui la struttura è sottoposta.
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FLOATING LANDS
4. Utilizzi
Grazie alla modularità nelle dimensioni e forma, il campo di impiego spazia, nelle applicazioni in ambito delle costruzioni civili, quali ad esempio: aeroporti, complessi industriali, residenziali, città galleggianti.
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FLOATING LANDS
5. Altre applicazioni
In ambito navale, una versione più piccola della piattaforma con maggiori capacità di immersione può essere utilizzata per il sollevamento di grandi carichi (navi, yacht), oppure per contribuire al trasporto dei serbatoi costituenti la piattaforma dal bacino di produzione al mare aperto dove la piattaforma è assemblata.
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FLOATING LANDS
6. Perchè è innovativa?
- Controllo d’assetto attivo.
E’ una sinergia finora mai utilizzata tra sistemi di controllo a risposta veloce, attuati da aria compressa, ed elementi strutturali edili.
- Alta affidabilità e sicurezza.
L’architettura del Sistema utilizza tecniche automatiche di Failure Detection Identification and Recovery: identificazione delle anomalie, dunque dell’apparato guasto ed azioni di recupero autonome al fine di garantire il funzionamento continuo e robusto dell’intero Sistema.
- Modularità e configurabilità a basso costo
In fase di progetto, l’architettura può cambiare configurazione facilmente per incontrare le diverse necessità operative grazie alla modularità e scalabilità degli elementi costitutivi. La leggerezza dei moduli e ridotti costi di produzione, e movimentazione, consentono di minimizzare le interferenze del cantiere con le limitrofe attività industriali e portuali.
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FLOATING LANDS
7. Vantaggi
- Impatto ambientale minimo
L’utilizzo dell’aria compressa e di serbatoi di grande diametro consentono di ottenere efficaci azioni di regolazione della spinta idrostatica con bassa velocità delle masse d’acqua spostate sotto i serbatoi, evitando così il rimescolamento dei fondali e danni all’ecosistema.
- Auto regolazione
La piattaforma mantiene l’assetto desiderato al variare dell’entità e posizione dei carichi incidenti.
- Affidabilità e durata.
- Grazie all’utilizzo di tecniche di FDIR, elementi in calcestruzzo fibro rinforzato a tenuta ermetica, e possibilità di loro sostituzione.
- Può essere collocate in aree protette come parchi marini, può sfruttare il moto ondoso e sistemi fotovoltaici eolici per auto generare la potenza elettrica necessaria al suo fabbisogno.
- Benefici/Costi.
Riduzione della logistica di cantiere, iter autorizzativi e costruzione, flessibilità di realizzazione e libertà di progetto, basso costo dell’elettronica necessaria, portano i costi stimati dell’opera nell’intorno dei 1’800 Euro/mq.
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FLOATING LANDS
8. Punti di debolezza
- Problematiche nuove
La componente innovativa dell’opera può far emergere la necessità di studiare soluzioni a problematiche ad oggi non prevedibili, se non dopo un adeguata fase di sperimentazione e prototipazione.
- Costi indotti da grandi opere.
Benché la struttura presenti un basso costo degli elementi costituenti, la loro proliferazione per la costruzione di grandi opere porta a una lievitazione dei costi con la necessità di accesso a fondi comunitari /statali e/o di grandi sponsor privati.
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FLOATING LANDS
9. Dove siamo arrivati
Gli elementi del nostro gruppo, utilizzando il proprio tempo libero, sviluppano da anni la tecnologia necessaria alle floating lands. Fino ad oggi molti progressi sono stati fatti, ed incoraggiati dai risultati ottenuti siamo stati motivati nel credere nella fattibilità dell’opera. I principali passi compiuti sono i seguenti.
> Test in ambiente di simulazione software.
- Modelli simulativi struttura/controllore approccio ‘’model-based’
E’ stato sviluppato un modello semplificato di una piattaforma con 16 elementi, rappresentativa della dinamica sia dal punto di vista meccanico che pneumatico.
- Implementazione sistema di controllo in ambiente Linux real-time
Finalizzato l’import dall’ambiente di simulazione dei codici del controllore, algoritmi di FDIR, acquisizione e commando sensori ed attuatori.
- Definizione dell’architettura del centro di controllo e supervisione
- Definizione di protocolli sicuri per la trasmissione di telemetrie e telecomandi.
- Architettura della rete di controllo distribuito.
- Protocolli e strategie di FDIR.
- Campagna di test su modello matematico della struttura.
- Per il caso test F4.1.1, l’attivazione delle elettro valvole ha consentito di stabilizzare la piattaforma nonostante il carico, in un tempo di circa 59 sec, con un errore residuo medio, di -2cm s.l.m.m.
- Verifica dei criteri di detezione delle anomalie
Test di verifica della detezione di un avaria indotta sulla misura delle celle di carico acquisite attraverso la scheda 1.
> Prototipazione rapida.
- Costruzione piattaforma ridotta
Grazie ai fondi ottenuti è stata costruita e testata con successo una prima piattaforma di dimensioni ridotte. Le prestazioni ottenute hanno confermato i risultati dei modelli matematici.
Il modello CAD della struttura galleggiante è stato costruito utilizzando della carpenteria metallica, semplificando così costruzione, trasporto.
Le seguenti foto rappresentano la piattaforma reale utilizzata durante la prima campagna di test.
La struttura del peso di 6 Ton con ponte superiore rettangolare di dimensione 3x8m è stata varata e testata con successo in un bacino artificiale.
Test prestazioni loop di controllo d’assetto.
Il video mostra le prestazioni del controllo d’assetto nel recuperare lo sbilanciamento dinamico indotto dall’aggiunta sul ponte della piattaforma di un secondo contrappeso da 1.2 Ton.
Altri filmati dei test effettuati e risultati ottenuti saranno presto disponibili.
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change life
10. Prossimi passi
- Prototipazione di una piattaforma di medie dimensioni.
Costruzione di una piattaforma media da utilizzarsi ancora come banco di test per verificare e consolidare le migliorie apportate a seguito delle esperienze fatte con la precedente campagna di test.
- Evoluzione delle schede di acquisizione controllo.
Sviluppo su piattaforme Single board Computer, quali Arduino, Raspberry, Udoo del sistema di acquisizione misure dai sensori, attuazione delle valvole di carico e scarico aria, elaborazione algoritmi di controllo distribuito ed FDIR.
[scheda relè attuazioni e monitoraggio elettrovalvole]
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FLOATING CITY floating atolls
11. Cosa chiediamo?
Cerchiamo sponsor/finanziatori per la realizzazione di un prototipo che consenta la sperimentazione necessaria all’ evoluzione del progetto.
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FLOATING ATOLL
12. Cosa ci serve?
Finanziamenti per coprire le spese delle seguenti fasi:
- prototipazione di una media piattaforma di test con carpenteria metallica. La somma minima per questa fase è di 200 k euro.
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floating platforms
13. Cosa potremmo fare in futuro?
Con il supporto di sponsor, collaborazioni con altre aziende e fondi adeguati potremmo aprire la strada per la realizzazione di grandi piattaforme e trasformare l’utopia delle città galleggianti sul mare in una realtà per tutti.
FLOATING LANDS floating island smart island
Gruppo ingegneria di sistema 