ASSOCIAZIONE PER                  SEZIONE DI MANTOVA              L’INSEGNAMENTO DELLA                    c/o ITIS “E. FER...
AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
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OBIETTIVI DIDATTICI DELL’ESPERIENZA  • 1) Coinvolgere i ragazzi in un’attività su l’utilizzo    domestico e sul trasporto ...
PREREQUISITI    LO STUDENTE NON E’ TABULA RASA             ENERGIA?          DA DOVE VIENE?SOTTO QUALI FORME?             ...
I PARTE                       TRASFORMAZIONI DI ENERGIAElettrodomestici e                                                 ...
II PARTE             LA CENTRALE IDROELETTRICAL’AMBIENTE                                  LA STORIA                   LA S...
È trasmessa                         Gli elementi utilizzatori liberano tutti energiadai generatoriagli elementiutilizzator...
Il viaggio dell’energia elettrica                        dalla diga a casa nostra- I Parte                   "ENERGIE" DOM...
…………a valle dell’interruttore trasformazione energia elettrica in altra          forma utilizzabile                       ...
……Nella nostra abitazione…                 …..indaghiamo le trasformazioni di energia elettrica…                 …..a vall...
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Potenza         Tensione                                             phon                        1000W                 220...
La marca e il modello dell’elettrodomesticoLe linee colorate indicano le classi diefficienza energetica: i consumidecresco...
Grandezze fisiche e relative unità di misuraAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
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Schema del circuito domestico        BOLLETTA         ENEL                    interruttore gen.                           ...
Casa molto grandeFamiglia di quattro persone+ Studio tecnico (5 persone)AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
Appartamento di 120 m 2Persona sola, in pensione                            Esercitazione 1                            Ese...
Il contatore elettronico, ognidue minuti, registra e aggiornala cosiddetta "potenza istantanea"degli apparecchi elettrici ...
………….A monte dell’interruttore…. trasformazione di varie forme           di energia in energia elettrica                  ...
LAVORO DI RICERCA A GRUPPI                                                  CLASSE 2^A GENERALE                   A.S.2009...
………….A monte dell’interruttore…. La centrale IDROELETTRICAAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
Il viaggio dell’energia elettrica                     dalla diga a casa nostra -II Parte                LA CENTRALE IDROEL...
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Disposizione geograficaAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
PARTE                                                          STORICADati relativi alla costruzione•I PARTE tra il 1920 e...
A monte di tutto l’impianto idrico                                                       Schema idrico  collegato alle cen...
Schema dell’impianto  Potenza= 22000 KW= 22 MW            Potenza= 22000 KW= 22 MW  Pressione=55 atm                    Pr...
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Ingresso della galleria                      Condotta di Malga Mare  Condotta di Pian Palù                                ...
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Esistono tre tipi di turbine adatte a diversi utilizzi:                                       TURBINE PELTON: Dislivello >...
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La corrente in uscita dall’alternatore è    corrente alternata a media tensione    10.000 VAIF 15-02-2011-"Energia in viag...
Sala di controllo                   Schema elettrico                                                    Schema idraulicoLa...
La corrente in uscita dal trasformatore ècorrente ad alta tensione 130.000 V.Il trasporto avviene a tensioni alte perché c...
Stanza a 130.000VDal trasformatore                                                                                        ...
Dal trasformatore                                                      Alla lineainterruttoriAIF 15-02-2011-"Energia in vi...
Inizia il lungo viaggio       Dalla montagna…..                                                                        ……V...
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Descrizione dellimpianto                              La diga ha pareti prossime alla verticale, ed archi simmetrici con  ...
Impianti per la trasformazione alta/media tensione e per la            distribuzione di energia elettrica in corrente alte...
Barriera acustica con pannelli   fotovoltaici a protezione   dell’abitato di Marano (comune   d’Isera) lungo l’autostrada ...
RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI E                 SITOGRAFICINicola Armaroli, Vincenzo BalzaniEnergia per lastronave TerraQuanta...
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Lezione aif 15 02-11 energia in viaggio

  1. 1. ASSOCIAZIONE PER SEZIONE DI MANTOVA L’INSEGNAMENTO DELLA c/o ITIS “E. FERMI” FISICA Strada Spolverina 5 46100 Mantova   Il Viaggio dell’Energia Elettrica dalla diga a casa nostraAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  2. 2. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  3. 3. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  4. 4. OBIETTIVI DIDATTICI DELL’ESPERIENZA • 1) Coinvolgere i ragazzi in un’attività su l’utilizzo domestico e sul trasporto dell’energia elettrica. • 2) Individuare i dispositivi responsabili delle principali trasformazioni energetiche • 3) Introdurre gli elementi e le caratteristiche principali di un circuito elettrico domestico. • 4) Conoscere le grandezze fisiche, le unità di misura e i costi connessi con l’energia elettrica. • 5) Vedere le caratteristiche principali di una linea di trasporto dell’energia elettrica dalla centrale alle abitazioni. • 6) Sensibilizzare gli studenti sull’importanza delle problematiche relative alla produzione di energia e al suo utilizzo.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  5. 5. PREREQUISITI LO STUDENTE NON E’ TABULA RASA ENERGIA? DA DOVE VIENE?SOTTO QUALI FORME? FONTI PRIMARIE? A COSA SERVE? FONTI SECONDARIE? POTENZA?
  6. 6. I PARTE TRASFORMAZIONI DI ENERGIAElettrodomestici e La bolletta Ricerca domesticaloro caratteristiche dell’energia elettrica Elementi base del circuito domestico e grandezze fisiche correlate CENTRALI e FONTI DI ENERGIA RICERCA E ANALISI RELAZIONI DI GRUPPO ESPOSIZIONE DEL MATERIALE E VERIFICA ORALE
  7. 7. II PARTE LA CENTRALE IDROELETTRICAL’AMBIENTE LA STORIA LA STRUTTURA E IL FUNZIONAMENTO ….IL VIAGGIO…. Considerazioni conclusive
  8. 8. È trasmessa Gli elementi utilizzatori liberano tutti energiadai generatoriagli elementiutilizzatoriattraverso i fili motore odi utilizzatorecollegamento lavoro meccanico, calore, luce La liberazione di energia in un circuito elettrico avviene solo se nel circuito è inserito un elemento generatore AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  9. 9. Il viaggio dell’energia elettrica dalla diga a casa nostra- I Parte "ENERGIE" DOMESTICHE • a.s. 2009-2010 • Classe 2^A generale • ITAS “A. Mantegna”-Mantova NOI SIAMO QUIAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  10. 10. …………a valle dell’interruttore trasformazione energia elettrica in altra forma utilizzabile L’energia perduta dalla carica nell’elemento del circuito è uguale a quella riversata nell’ambiente in altra forma grazie al passaggio della carica. L’energia posseduta dalla carica dipende dalla sua posizione nel circuito, è quindi di tipo potenziale elettrico.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  11. 11. ……Nella nostra abitazione… …..indaghiamo le trasformazioni di energia elettrica… …..a valle degli interruttoriAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  12. 12. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  13. 13. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  14. 14. Potenza Tensione phon 1000W 220V≈ aspirapolvere 800W 220V≈ spremiagrumi 20W 220V≈ epilady 10W 230V≈ →12V ferro da stiro 1200W 220V≈ areosol 80W 220V≈ microonde 900W 230V≈ termoventilatore 2000W 220V≈ cordless 100W 230V≈ →9V impianto HI-FI 50W 220V≈ televisore 200W 220V≈ frigorifero 250W 220V ≈ lavatrice 3000W 220V≈ spazzolino elettrico 30W 230V≈ →12V cellulare 100W 230V≈ →12V macchina caffè 500W 220V≈ frullatore 250W 220V≈ piastra capelli 1000W 220V≈ lavastoviglie 3000W 220V≈ computer 150W 220V≈ tagliacapelli 50W 230V≈ →12V forno 1200W 220V≈ affettatrice 200W 220V≈ tostapane 700W 220V≈AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  15. 15. La marca e il modello dell’elettrodomesticoLe linee colorate indicano le classi diefficienza energetica: i consumidecrescono dalla linea lunga di colorerosso a quella corta di colore verde. Lalettera in corrispondenza delle classi diefficienza indica il consumodell’elettrodomestico: alla lettera Acorrisponde l’efficienza maggiore.Ecolabel è un marchio UE che indica chel’elettrodomestico è rispettosodell’ambiente.Qui è riportato il consumo di energia inkWh all’anno. E’ un valore teorico,influenzato dal modo in cui l’apparecchioviene usato e dal luogo in cui è situatoSpecifico del tipo di elettrodomesticoSpecifico del tipo di elettrodomesticoLe sezioni che riguardano il volume, il rumore, ilconsumo dell’acqua e altre caratteristiche, nonsono direttamente connesse all’efficienzaenergetica
  16. 16. Grandezze fisiche e relative unità di misuraAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  17. 17. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  18. 18. Schema del circuito domestico        BOLLETTA   ENEL         interruttore gen.             TV      lampadine   contatore               radio   220V                  presa              interruttori    AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  19. 19. Casa molto grandeFamiglia di quattro persone+ Studio tecnico (5 persone)AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  20. 20. Appartamento di 120 m 2Persona sola, in pensione Esercitazione 1 Esercitazione 2 Esercitazione 3
  21. 21. Il contatore elettronico, ognidue minuti, registra e aggiornala cosiddetta "potenza istantanea"degli apparecchi elettrici in funzione.Premendo il pulsante di lettura sulladestra del display appaiono insequanza:1)Il numero del cliente2)la tariffa in atto3)la potenza istantanea.Prova a vedere qual è il tuo consumoalle diverse ore della giornata,leggendo sul display del contatoreI kW assorbiti dai tuoi elettrodomestici,registra i dati in una tabella specificandoquali elettrodomestici erano in funzionein quel momento e confronta i daticon i compagni
  22. 22. ………….A monte dell’interruttore…. trasformazione di varie forme di energia in energia elettrica CENTRALE O ALTRA FONTE DI ENERGIAAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  23. 23. LAVORO DI RICERCA A GRUPPI CLASSE 2^A GENERALE    A.S.2009/2010                    I) Energia dal sottosuolo IV) Energia dall’aria, dall’acqua e dalla a)  Petrolio e combustibili fossili  Terra II) Energia dall’atomo a) Le centrali eoliche  a)  Le centrali nucleari a fissione  b) Le centrali geotermiche e l’energia  III) Energia dal Sole delle maree  a) Pannelli solari e Progetto Archimede  V) Applicazioni tecnologiche b) Pannelli fotovoltaici  a) Auto a Idrogeno  c) Biomasse e biocombustibili  b) La casa ecologica                Indice   1) Definizione e breve spiegazione dei principi fisici di funzionamento  2) Tecnologia e Schema di funzionamento   3) Bilanci energetici:   a) In relazione ai costi totali (installazione, smaltimento, trasporto, ecc.)  b) In relazione all’energia utilizzabile  4) Durata  5) Rischi (ambientali, sanitari, ecc.)  6) Distribuzione geografica degli impieghi attuali   7) Conclusioni AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  24. 24. ………….A monte dell’interruttore…. La centrale IDROELETTRICAAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  25. 25. Il viaggio dell’energia elettrica dalla diga a casa nostra -II Parte LA CENTRALE IDROELETTRICA COGOLO-PEJO (TRENTO) NOI SIAMO QUI a.s. 2009-2010 Classe 2^A generale ITAS “A. Mantegna”-MantovaAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  26. 26. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  27. 27. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  28. 28. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  29. 29. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  30. 30. Disposizione geograficaAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  31. 31. PARTE STORICADati relativi alla costruzione•I PARTE tra il 1920 e 1930, dopo la I guerra mondiale•II PARTE nei primi anni ’50 dopo la II guerra mondiale•Lavori idroelettrici tra il 1956-’57.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  32. 32. A monte di tutto l’impianto idrico Schema idrico collegato alle centrali c’è il GHIACCIAIO del CARESER Capienza del bacino = 15x106 m3 che consente un rifornimento di Acqua 24 h/24. Pertanto, poiché le centrali lavorano circa 10-12 h/g non necessitano di un sistema di pompaggio per riutilizzare l’acqua. L’acqua in uscita dalla centrale viene immessa direttamente a valle nel torrente Noce.Capienza del bacino = 15x106 m3 Portata=6000 l/s Capienza del bacino = 50x103 m3 Portata=4000 l/s AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  33. 33. Schema dell’impianto Potenza= 22000 KW= 22 MW Potenza= 22000 KW= 22 MW Pressione=55 atm Pressione=73 atm L’impianto è diviso in tre GRUPPI. Portata= 6 m3/s Portata= 4 m 3/s Ad ogni gruppo corrisponde un alternatore (in entrata) e un trasformatore (in uscita). Il GRUPPO 1 è quello centrale e riceve l’acqua sia dal serbatoio di Pian Palù che dalla vasca di Malga Mare ed è dotato di due turbine. Il GRUPPO 2 riceve l’acqua dalla vasca di Malga Mare ed è dotato anch’esso di due turbine. Il GRUPPO 3 riceve l’acqua dal serbatoio di Pian Palù ed è dotato di una sola turbina. Le turbine ricevono l’acqua dalle condotte la cui portata in ingresso è regolata da valvole a farfalla e rotative. Le turbine sono collegate all’alternatore da un albero motore. TURBINA-ALBERO-ALTERNATORE costituiscono il gruppo rotante dell’impianto. Lungo tutto il percorso sono posizionati dei sensori che inviano segnali in sala di controllo in caso di mal funzionamenti L’energia elettrica in uscita dagli alternatori passa nel TRASFORMATORE e portata ad alte tensioni. Ogni gruppo ha il suo trasformatore Nella stanza ad alta tensione (130.000 V) viene convogliata sui cavi per iniziare il viaggio verso valleAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  34. 34. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  35. 35. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  36. 36. Ingresso della galleria Condotta di Malga Mare Condotta di Pian Palù Le condotte sono all’interno di gallerie scavate nella montagna a cui si accede attraverso cunicoli sotterranei.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  37. 37. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  38. 38. Esistono tre tipi di turbine adatte a diversi utilizzi: TURBINE PELTON: Dislivello > 350 m, Portata < 10 m 3/s TURBINE FRANCIS: Dislivello tra 350 m e 50 m, Portata tra 10 m 3/s e 100 m3/s TURBINE KAPLAN: Dislivello < 50 m, Portata 200 m 3/s Le caratteristiche di questo impianto richiedono l’utilizzo di turbine Pelton. Le turbine Pelton nella foto pesano circa 50 quintali. La vita media di una turbina Pelton è di 12-13 anni che corrrispondono ad un totale di 100000 ore di funzionamento per circa 9000 h/anno.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  39. 39. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  40. 40. La corrente in uscita dall’alternatore è corrente alternata a media tensione 10.000 VAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  41. 41. Sala di controllo Schema elettrico Schema idraulicoLa sala di controllo consente il monitoraggio di tutti i componenti della centrale.Attraverso dei sensori elettrici si ha il segnale di eventuali anomalie di funzionamentoed è possibile comandare automaticamente le valvole a farfalla che controllano l’aperturae la chiusura delle condotte che portano l’acqua dal bacino alle turbine.Oltre alla sala controllo ci sono: la sala di manovra che avvia e ferma i gruppi, il locale dei servizi ausiliari in cui si effettuanotutte le manovre necessarie al funzionamento della centrale.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  42. 42. La corrente in uscita dal trasformatore ècorrente ad alta tensione 130.000 V.Il trasporto avviene a tensioni alte perché così si può ridurre la sezione del cavo e quindi minimizzare le dispersioni lungoil percorso.Un trasformatore è, in genere, sovradimensionato, ha cioè una vita media superiore alle necessità.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  43. 43. Stanza a 130.000VDal trasformatore Alla linea Questa stanza stacca la centrale dalla linea: trasformatori-interruttore-lineaAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  44. 44. Dal trasformatore Alla lineainterruttoriAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  45. 45. Inizia il lungo viaggio Dalla montagna….. ……Verso valleAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  46. 46. AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  47. 47. Descrizione dellimpianto La diga ha pareti prossime alla verticale, ed archi simmetrici con spessore crescente dalla chiave alle imposte. La struttura è impostata direttamente sulla roccia fino a 102,50 m sopra le fondazioni, su un pulvino leggermente armato da 102,50 a 142,50 m, e su spalle a gravità massiccia al disopra e fino al coronamento. E’ presente una leggera armatura in prossimità dei paramenti; lungo il paramento di valle sono disposte passerelle ad intervalli di quota di 15 m. Il sistema drenante delle fondazioni è costituito da tubi in calcestruzzo poroso che fanno capo al fondo di un pozzo verticale. Nella struttura in elevazione non è previsto alcun particolare sistema di drenaggio. I giunti di contrazione, provvisori e posti ad interasse variabile da 12,5 a 15,5 m a seconda della quota, sono stati riempiti di calcestruzzo e poi iniettati, con bassa temperatura ambiente e un volta avvenuta la massima parte del ritiro. La tenuta delle iniezioni è assicurata da lamierini in rame annegati per metà nel calcestruzzo dell’elemento e per metà in quello di riempimento dei giunti. Le opere di scarico sono costituite da una scarico di superficie dimensionato per 343 m3/s, da uno scarico intermedio da 346 m3/s e da uno scarico di fondo da 319 m3/s, per una capacità complessiva di scarico di progetto di 1.008 m3/s. Lo scarico di superficie consiste in uno sfioratore in sponda destra, con ciglio a quota 525,50 m s.m., sormontato da due paratoie piane della luce di 9 m ciascuna, con ritenuta di 4,5 m. E’ da rilevare che è stata necessaria l’esecuzione di un profondo schermo di iniezioni, poiché la roccia dolomitica, sulla quale si imposta la diga, presenta alcune faglie e diaclasi. Nella roccia di fondazione i fori sono stati spinti fino a 50-60 m sotto il piano di fondazione. Sui fianchi della gola sono stati scavati tre cunicoli, addentrati nella roccia per circa 100 m, dai quali sono state realizzate iniezioni verticali ed oblique. In totale, sono stati iniettati 18.424 m di foro con assorbimento di 10.205 q di cemento.AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  48. 48. Impianti per la trasformazione alta/media tensione e per la distribuzione di energia elettrica in corrente alternata e continua Costruzione edile di cabine di trasformazione Impianti per la trasformazione alta e media tensione e per la distribuzione di energia elettricaAIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  49. 49. Barriera acustica con pannelli fotovoltaici a protezione dell’abitato di Marano (comune d’Isera) lungo l’autostrada del Brennero.Nel contesto della produzione energetica da fonti rinnovabili si inserisce la realizzazione della barriera fonoassorbente aprotezione dell’abitato di Marano (comune d’Isera) lungo l’autostrada del Brennero. Tale barriera somma alla funzioneprincipale antirumore la capacità di produrre energia elettrica sfruttando l’energia solare, grazie al rivestimento della propriastruttura con pannelli fotovoltaici. Nell’ottica di raggiungere tali obiettivi, in fase di progettazione A22 ha cercato di combinarel’efficacia acustica della barriera con la necessità di mantenere una conformazione geometrica che permetta sia una buonaresa elettrica dei moduli fotovoltaici, sia una attenzione nell’inserimento paesaggistico della struttura stessa. La barrieraantirumore fotovoltaica si sviluppa longitudinalmente lungo il margine autostradale per una lunghezza complessiva di circa1041 metri e presenta un’altezza media di 5,60 metri, da cui ne deriva una superficie fotovoltaica pari a 4907 m2. L’esigenzadi realizzare una barriera antirumore efficace dal punto di vista fotovoltaico ha reso necessaria l’adozione di una sezionetrasversale costituita da due tratti a diversa inclinazione, di 60° e 35°. Tale soluzione garantisce un’ottima efficienzafotovoltaica pur mantenendo una buona prestazione dal punto di vista acustico.La potenza di picco complessiva del generatore è data da circa 3.900 moduli da 185 Wp cadauno, per un totale di circa 730KWp ed una produttività annua pari a circa 689.000 KWh.Data l’estensione del “campo fotovoltaico”, lo stesso è stato suddiviso in 6 sottocampi di potenza e lunghezza pressochéuguale.Per quanto attiene l’aspetto elettrico, data la potenza del generatore, la trasmissione dell’energia prodotta e la cessione dellastessa alla rete pubblica, avviene con linee in media tensione, tramite la trasformazione della tensione di campo da 230 V a20.000 V. Esercitazione 4AIF 15-02-2011-"Energia in viaggio" Laura Francesio
  50. 50. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI E SITOGRAFICINicola Armaroli, Vincenzo BalzaniEnergia per lastronave TerraQuanta ne usiamo, come la produciamo, che cosa ci riserva il futuroCollana a cura di Lisa Vozza e Federico Tibone Zanichelli-2008Franco Battaglia, Renato Angelo RicciVerdi fuori Rossi dentroL’inganno ambientalistaManuali di conversazione politica Libero Free-2007Le Scienzewww.direzionedidattica3circolosanremo.itwww.agirenet.itwww.enel.it/energiaingioco

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