Design of an innovative wind pile for water desalination

L’aumento dei consumi e i mutamenti climatici in atto stanno prosciugando le risorse del pianeta, tra cui le riserve di acqua dolce. Tuttavia, un potenziale enorme è rappresentato dagli oceani, che costituiscono il 97% dell’acqua che ricopre il nostro pianeta. La desalinizzazione dell’acqua di mare è un sistema già diffuso ma, ad oggi, la maggior parte degli impianti sono alimentati da fonti di energia non rinnovabili. Il passaggio a una produzione di acqua dolce sostenibile, seppur necessario, è ancora in fase iniziale. La dissalazione con membrane a osmosi inversa prevede il pompaggio di acqua salata attraverso una membrana semipermeabile, che lascia passare le molecole di acqua e trattiene i sali disciolti. Nella presente tesi, la pressurizzazione dell’acqua di mare che alimenta il processo di osmosi inversa avviene per mezzo di turbine eoliche a trasmissione idraulica. Rispetto alle convenzionali turbine eoliche, il classico sistema di trasmissione di potenza nella carlinga è sostituito da una pompa ad acqua a pistone radiale ed una linea idraulica. Tra le sfide che questa soluzione presenta, conciliare la necessità del processo di osmosi inversa di avere un input costante con la variabilità e imprevedibilità della risorsa eolica è una delle maggiori. Lo scopo di questa tesi è stato quello di analizzare il comportamento dinamico di membrane a osmosi inversa quando usate in combinazione con una turbina a trasmissione idraulica, per mezzo dello sviluppo di un modello numerico, e confrontare i risultati ottenuti con quelli di una turbina eolica convenzionale. Parallelamente, una possibile applicazione è stata individuata nell’Isola di Pantelleria, i cui dati anemometrici sono stati utilizzati per generare gli input per il modello numerico. Seppur con varie semplificazioni, grazie al modello sviluppato è stato possibile effettuare un primo design per i principali componenti del sistema e simulare la produzione di acqua annuale per l’isola di Pantelleria.