Supponiamo di avere a disposizione un serbatoio C come da figura:
Sulla parte aperta superiore del serbatoio è montata una membrana MG costituita da una superficie rigida centrale (pistone) e da un soffietto che delimita tutta la circonferenza esterna e che, fissato al lato aperto del serbatoio, consente lo spostamento della membrana per tutto il percorso SC e ne assicura la tenuta stagna. Al centro della membrana è montata un’asta AS che scorre all’interno della guaina G e che mantiene la membrana in posizionamento retto. All’interno del serbatoio è inserita una molla M che spinge la membrana verso il lato aperto del serbatoio. La parte interna del serbatoio è sempre a pressione atmosferica indipendentemente dalla posizione della membrana in quanto può essere aspirata ed espulsa l’aria attraverso il tubo ATM.
Supponiamo che la superficie rigida o pistone della membrana sia di 100 cm2, che l’ampiezza di scorrimento SC sia di 10 cm, che la molla venga sottoposta ad una pre-compressione 100 kg e che raggiunga la completa compressione con una forza di 110 Kg.
Se il serbatoio viene immerso in acqua fino a quando la membrana non raggiunge una profondità di 10 metri tutto rimane inalterato in quanto la membrana è sottoposta ad una pressione di colonna d’acqua inferiore a 1 kg/cm2 e perciò inferiore ai 100 Kg di pre-compressione della molla. Superati i 10 metri di profondità la pressione della colonna d’acqua supera la pressione di contro-pressione della molla e il pistone inizia a spostarsi verso l’interno del serbatoio. Ci sarebbe la tendenza ad un aumento di pressione all’interno del serbatoio che però non si verifica per il collegamento in atmosfera esterna con il tubo ATM. Quando il pistone raggiunge la quota di 11 metri la colonna d’acqua imprime su di esso un peso di 1,1 Kg/cm2 ovvero di 110 Kg totali. Tale forza provoca la completa compressione della molla e il posizionamento del pistone nella parte bassa del serbatoio.
Consideriamo ora un altro serbatoio S simile al precedente ma di dimensioni diverse e senza la molla interna.
Colleghiamo meccanicamente le aste AS e le guaine G dei due serbatoi e immergiamo in acqua il sistema con un’asta F.
Quando il sistema dei due serbatoi tra loro collegati viene immerso in acqua, il serbatoio C è completamente riempito d’aria con il pistone sulla sommità aperta mentre il serbatoio S è con il pistone sul fondo si riempie d’acqua. Quando si raggiunge la quota di immersione prima descritta compresa tra 10 e 11 metri, non si verifica l’effetto precedentemente detto in quanto la forza agente sul pistone di C deve contemporaneamente vincere oltre alle forze di pre-compressione e di compressione della molla, anche la spinta della colonna d’acqua che agisce sul pistone del serbatoio S. Solo quando la spinta su C equivale alla somma di tutte queste forze ci troviamo con il pistone C sul fondo del serbatoio e il pistone S sul lato aperto del serbatoio.
Per verificare la possibile realizzazione di quanto affermato, diamo dimensioni al sistema: manteniamo la sezione del serbatoio C a 100 cm2 e quella del serbatoio S a metà e quindi a 50 cm2. Lo spostamento SC rimane di 10 cm uguale per entrambi i serbatoi. La molla è ancora quella di prima con una pre-compressione di 100 Kg e una completa compressione di 110Kg.
Quando la profondità d’immersione raggiunge i 10 metri la forza agente sul pistone C è di 100 Kg e le contropressioni che agiscono su di esso sono i 100 Kg di pre-compressione della molla e i 50 Kg di battente sul pistone S. Aumentando l’immersione fino a 11 metri, su C agisce una forza di 110 Kg e una contro-forza di 100 Kg per la pre-compressione molla e 55 Kg per il battente su S. Continuando ad immergere il sistema fino a 20 metri, su C agiscono 200 Kg e in opposizione troviamo una forza di 100 Kg su S e una di pre-compressione molla di 100 Kg. Ci troviamo così in posizione di equilibrio delle forze. Appena si aumenta l’immersione, il pistone C inizia ad avere una forza prevalente sulle altre ed inizia lo spostamento delle membrane. Raggiunti i 21 metri, su C abbiamo 210 Kg su S 105 Kg per cui non è raggiunta la completa compressione della molla in quanto, per la sua completa compressione, è richiesta una forza di 110 Kg. Raggiunti i 22 metri d’immersione, sul serbatoio C la colonna d’acqua imprime una pressione di 220 Kg a cui si oppongono i 110 Kg della colonna sul serbatoio S e 110 Kg della completa compressione molla. Si può quindi affermare che, raggiunti i 22 metri di immersione del sistema, il serbatoio C si è completamente riempito d’acqua e il serbatoio S ha espulso l’acqua che conteneva precedentemente e si è riempito d’aria.
Supponiamo che, con opportuni interventi, si provveda a muovere il serbatoio C nel solo tratto di immersione tra 20 e 22 metri e si mantenga il collegamento meccanico tra i due serbatoi solo nel tratto di immersione tra 20 e 22 metri. Raggiunti i 22 metri si chiude il collegamento con l'atmosfera esterna del serbatoio S, lo si disaccoppia dal serbatoio C e, lasciato libero, per effetto della spinta idrostatica raggiunge il pelo d’acqua. Quando il serbatoio C torna a quota 20 metri, si riaggancia con il serbatoio S che, nel momento in cui ha raggiunto il pelo d'acqua, si è svuotato dall'aria e si è nuovamente riempito d'acqua. Si ottiene in questo modo un risultato energetico interessante in quanto, se non si tiene conto del peso del materiale che compone l’impianto, considerando che il volume del serbatoio C è di 1 dm3 e quello del serbatoio S è di 0,5 dm3, l’energia spesa per vincere la spinta idrostatica e spostare C da 20 a 22 metri d'immersione è di 2 Kgm mentre quella ottenibile con S per tutto il percorso da 22 a 0 metri corrisponde a 11 Kgm.
E' possibile realizzare fisicamente quanto descritto sopra ma, per logiche ragioni, non viene spiegato in questo contesto il modo di operare. Chi fosse interessato ad approfondire o a collaborare per realizzare il prototipo ci può contattare tramite l'indirizzo mail sotto indicato.