Laboratori green, sostenibili e innovativi

Fondi Strutturali Europei – Programma Operativo Nazionale “Per la scuola, competenze e ambienti per l’apprendimento” 2014-2020.Asse II - Infrastrutture per l’istruzione – Fondo Europeo di Sviluppo Regionale (FESR) – REACT EU.
Asse V – Priorità d’investimento: 13i – (FESR) “Promuovere il superamento degli effetti della crisi nel contesto della pandemia di COVID-19 e delle sue conseguenze sociali e preparare una ripresa verde, digitale e resiliente dell’economia” – Obiettivo specifico 13.1: Facilitare una ripresa verde, digitale e resiliente dell'economia

Avviso pubblico Ministero dell'Istruzione n. 22550 del 12 aprile 2022 “Avviso pubblico per la realizzazione di laboratori green nelle scuole del secondo ciclo delle regioni del Centro Nord”.

Progetto "Laboratori green, sostenibili e innovativi per le scuole del secondo ciclo”
Codice Progetto: 13.1.4A-FESRPON-FR-2022-1
Data autorizzazione progetto: 05/09/2022

Esito per l'ISIS Zanussi: ammesso al finanziamento con € 130.000

Estratto dell'art. 1 dell'Avviso:
L’azione “Laboratori green, sostenibili e innovativi per le scuole del secondo ciclo” intende promuovere la realizzazione di ambienti laboratoriali per la transizione ecologica, in particolare della filiera agro-alimentare, con priorità per le scuole a indirizzo agrario, che necessitano di laboratori all’avanguardia per le annesse aziende agrarie, al fine di reingegnerizzare il sistema produttivo e di garantirne la piena sostenibilità ambientale e dei processi. L’azione intende favorire la realizzazione nelle scuole del secondo ciclo, a seconda delle proprie specificità di indirizzo, di laboratori didattici di “agricoltura 4.0”, anche con l’utilizzo di tecnologie idroponiche, di sistemi digitali per il monitoraggio delle colture basati sull’IoT (Internet of Things), di strumenti digitali per la qualità, la sicurezza alimentare, la tracciabilità dei prodotti, laboratori per l’alimentazione sostenibile, laboratori per l’utilizzo delle energie rinnovabili e l’efficientamento energetico, laboratori sulla sostenibilità ambientale per lo studio e la sperimentazione degli impatti delle attività economiche sull’ambiente, sulla produzione dei rifiuti, sulla qualità dell’aria, sui consumi di acqua, energia, suolo e altre risorse naturali, e per il riciclaggio dei rifiuti.

OBIETTIVI DEL PROGETTO PRESSO L'ISIS ZANUSSI

1. Realizzazione di un laboratorio per lo studio e l’utilizzo dell’energia fotovoltaica (aula C0.1).
2. Integrazione del laboratorio di automazione per lo studio e l’utilizzo dell'energia eolica (aula D0.3).
3. Integrazione dei laboratori di termoidraulica per lo studio e l’applicazione dell’efficientamento energetico (Aule D0.8 e D0.10).

1 - Realizzazione di un laboratorio per lo studio e l'utilizzo dell'energia fotovoltaica 

Laboratorio utilizzato per la realizzazione del progetto: C0.1

Layout precedente il progetto: tavoli fissi in metallo realizzati nel 1983, molto pesanti e non amovibili che determinavano un’occupazione totale dello spazio laboratorio lasciando liberi solo i due corridoi quali vie di fuga. I tavoli presentavano un piano di soli 63 cm, inadeguato allo scopo. La loro elettrificazione, più volte oggetto di manutenzione ordinaria e straordinaria, era obsoleta.

Layout realizzato: nuova struttura a forma di U  con 13 tavoli da lavoro elettrificati di nuovo acquisto posizionati su tre lati. Il quarto lato è dotato di un già esistente  monitor interattivo, installato nel giugno 2022 (grazie al progetto PON - FESR  “Digital Board: trasformazione digitale nella didattica e nell'organizzazione”) e di una lavagna in ardesia, recuperata, da circa 2,5 m.
La dimensione dei tavoli (150 x 85 cm ciascuno) consente il posto a sedere e di lavoro per due allievi, permettendo di posizionare la strumentazione sia sul piano che su una mensola, che è parte integrante del tavolo stesso, che si trova sopra il piano di lavoro.
Il laboratorio offre 26 posti a sedere lungo il perimetro e, riutilizzando alcuni tavoli esistenti  in istituto facilmente spostabili, delle zone flessibili di lezione / progetto / lavoro per gruppi, in posizione centrale, di numero variabile, al fine di utilizzare metodologie didattiche differenti. Le sedie da laboratorio esistenti, adeguate alla necessità, sono state riutilizzate.

Obiettivi specifici.
Con tali modifiche, sono stati portati a compimento i successivi obiettivi specifici:

1. accessibilità: realizzazione di ampi spazi liberi per le prove pratiche  - la parte centrale è in larga parte vuota - per favorire l’accesso alle persone con disabilità e con limitate capacità motoria;
2. realizzazione di un ambiente flessibile di apprendimenti secondo le indicazioni delle linee guida ministeriali degli spazi-laboratori (didattica innovata anche alla luce del decreto di riforma degli Istituti Professionali 61/2017 che propone un nuovo modello didattico, basato sulla personalizzazione, sull’uso diffuso ed intelligente dei laboratori, su un’integrazione piena tra competenze, abilità e conoscenze, una didattica orientativa, finalizzata ad accompagnare e indirizzare le studentesse e gli studenti in tutto il corso di studi e una maggiore flessibilità);
3. realizzazione di prove pratiche di misura in cui i pannelli didattici montati su strutture amovibili possano essere ospitati in posizione sicura ed efficace per la didattica;
4. realizzazione di prove pratiche di costruzione di sistemi di accumulo e di misure sugli stessi;
5. realizzazione di impianti solari con pannelli fotovoltaici ospitati nell’adiacente giardino (esposizione al sole) o montati al centro della stanza con simulatore solare (lampade) e relative misure;
6. realizzazione di sistemi di monitoraggio con Arduino e relativa sensoristica (classi intermedie) e tramite PC industriali da pannello (classi 4^ e 5^) con relativa programmazione dei sensori di monitoraggio del sistema solare.

Didattica sperimentale di laboratorio.
L’attuazione del progetto è avvenuta dotando il laboratorio di dispositivi relativi all’energia rinnovabile, in modo particolare il fotovoltaico e i sistemi di accumulo sia per il fotovoltaico che per la trazione elettrica. Sono stati installati i seguenti dispositivi:

• N. 1 TRAINER AVANZATO PER LO STUDIO DELL'ENERGIA SOLARE FOTOVOLTAICA, per lo studio teorico e pratico della generazione dell'energia elettrica da pannelli fotovoltaici. Grazie al Trainer Avanzato è possibile realizzare esperimenti per determinare le caratteristiche di un pannello fotovoltaico, studiare il funzionamento off-grid con un regolatore di carica della batteria e il suo funzionamento on-grid con collegamento alla rete elettrica. Il sistema è dotato di un modulo di simulazione di luce solare per uso interno.
• N. 4 KIT DI INSTALLAZIONE ENERGIA SOLARE FOTOVOLTAICA per la generazione di energia elettrica. Grazie a questi kit è possibile studiare come l’irradiazione solare influenza la tensione di uscita del pannello solare; calcolare la resistenza interna dei pannelli solari; ottenere una curva di irradiazione giornaliera; coprire il pannello solare con diversi materiali; caricare la batteria utilizzando l’energia solare; utilizzare sia l’energia solare sia l’energia immagazzinata nella batteria per alimentare il carico in CC; testare il sistema completo.
• STRUMENTAZIONE ELETTRONICA PER SVOLGERE ATTIVITÀ DI MANUTENZIONE E ASSISTENZA con tecnica strumentale (misure di tensioni, correnti, potenze istantanee, energia accumulata, sfasamento, frequenza):
  - N. 1 macrotester (strumento multifunzione per la verifica della sicurezza elettrica degli impianti elettrici).
  - N. 25 multimetri digitali (per la misura di correnti, tensioni, resistenze);
  - N. 2 multimetri digitali TRMS.
  - N. 1 multimetro a pinza (per la misura di correnti elevate anche in CC);
  - N. 13 oscilloscopi digitali  2X25 MHz per la visualizzazione grafica delle grandezze elettriche.
• STRUMENTAZIONE ELETTRONICA PER SVOLGERE ATTIVITÀ DI MONITORAGGIO: 
  - N. 4 Analizzatori monofase/trifase da quadro con display per misure di energia con seriale e Modbus.
  - N. 4 PC da pannello industriali con touchscreen.
  - N. 5 alimentatori 240Vac/24Vdc
• DISPOSITIVI PER LA REALIZZAZIONE DI PICCOLI IMPIANTI SOLARI:
  - N. 1 Inverter ibrido monofase
  - N. 1 batteria per accumulo 5KWh
  - N. 2 pannelli fotovoltaici 430W
  - Attrezzi per la realizzazione di impianti fotovoltaici in numero pari a 26 pari l numero di postazioni) per ogni attrezzo: forbici, spelafili, giraviti a taglio 3 mm, giraviti a croce PH1, giraviti a croce PH2

Il progetto si articola nelle seguenti Unità di Apprendimento definite qui per esemplificazione, recepite dal Dipartimento Elettrico - Elettronico dell’Istituto. Sezione IPSIA: circa 500 allievi interessati di cui oltre 200 nel settore Elettrico-Elettronico

2 - Integrazione del laboratorio di automazione per lo studio e l'utilizzo dell'energia eolica 

Laboratorio utilizzato per la realizzazione del progetto: D0.3, laboratorio di automazione

E' stato installato un TRAINER PER LO STUDIO DELL’ENERGIA EOLICA CON COLLEGAMENTO ALLA RETE; si tratta di un sistema didattico per lo studio della generazione di energia elettrica da una turbina eolica e il suo ingresso nella rete elettrica. 
Il dispositivo include un kit motore passo-passo per azionare il generatore eolico in assenza di vento. Inoltre è completo di cavi di collegamento, manuale degli esperimenti e software per l’acquisizione e l’elaborazione dati.
Il trainer permette lo studio di un impianto con turbina eolica: identificazione dei componenti di una turbina eolica; funzionamento  dell’interruttore  della  turbina; calcolo dell’energia eolica; misurazione  dell’energia  elettrica della turbina; studio della turbina eolica con carico. Permette inoltre lo studio di un impianto eolico on-grid: misurazione dell’elettricità  prodotta da un  generatore  eolico, erogata/prelevata dalla rete elettrica, e ricarica di lampade CA; calcolo dell’efficienza di un sistema eolico on-grid completo; investigazione  della  risposta  di  un  impianto  eolico ad un guasto; bilancio energetico.

3 - Integrazione dei laboratori di termoidraulica per lo studio e l'applicazione dell'efficientamento energetico

Laboratori utilizzati per la realizzazione del progetto: D0.8 e D0.10

Sono stati installati

• un SIMULATORE DEL CICLO FRIGORIFERO che consente lo studio delle diverse fasi dei gas refrigeranti e dei componenti costituenti il ciclo.
  Il ciclo frigorifero (invertito) è alla base del funzionamento delle pompe di calore che vengono sempre più impiegate nel riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria nelle abitazioni civili. Le POMPE DI CALORE sfruttano le energie rinnovabili (energia prelevata dall'aria, dall'acqua o dal terreno) e il circuito frigorifero al loro interno costituisce il fulcro di queste macchine; per questa ragione è importante conoscerne il funzionamento anche in funzione del tipo di gas refrigerante contenuto nel ciclo. 
• Una TERMOCAMERA che consente di individuare le zone con maggiori dispersioni degli edifici e consente quindi di poter intervenire per ridurre gli sprechi energetici e verificare la bontà degli interventi realizzati. Con la termocamera si possono condurre delle uscite didattiche con gli allievi per analizzare gli involucri edilizi degli edifici vicini alla scuola; le uscite sono già state utilizzate in altre occasioni per analizzare alcune applicazioni tecniche realizzate negli edifici vicino alla scuola.
• Un TERMO-ANEMOMETRO digitale che permette di misurare la velocità dell'aria all'interno dei canali d'aria o in uscita dalle bocchette di immissione aria; questo è uno dei rilievi strumentali che vengono eseguiti sugli impianti per verificarne la correttezza di realizzazione; Presso l’istituto scolastico sono in funzione impianti ad aria che consentono di utilizzare questo strumento. 
  La realizzazione di impianti efficienti ed efficaci deve essere verificata mediante misurazioni strumentali (temperatura aria, velocità dell'aria e umidità)

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