Appunti presi a lezione Sistemi energetici

ALTEZZA

Riusciamo attraverso la semplificazione ad

arrivare al seguente risultato.

Tutta questa energia idrica, tuttavia, non si può utilizzare totalmente. Quando parliamo di

deflusso minimo vitale è la portata istantanea minima DMV da determinare in ogni tratto

omogeneo del corso d’acqua che deve garantire la salvaguardia delle caratteristiche fisiche del

corpo idrico, chimico-fisiche delle acque.

L’acqua sta usando l’energia per passare in un condotto, il quale se più grande l’acqua fa meno

fatica, e anche più liscio lo faccio meglio è. Più grande è il tubo meno attrito ha l’acqua e meno

potenza si scontra con la turbina. Dunque, ciò che limita l’energia, consuma, è il trasporto, in

questo senso, parliamo di attrito. O ancora la turbina che, se riceve tutta la potenza ovviamente

non verrà tradotta completamente.

Ancora abbiamo la trasformazione della energia meccanica in energia elettrica, quindi abbiamo

una altra perdita, una dispersione. Le trasformazioni, il trasporto provocano perdita di energia.

Quindi da energia potenziale a energia meccanica a energia elettrica, in ogni passaggio c’è una

perdita di energia, in seguito dipenderà dalla domanda.

Si definisce salto motore di una turbina idraulica la differenza dei carichi idraulici, cioè di

energia meccanica del fluido, tra due sezioni convenzionali prese prima e dopo la macchina.

29

Un salto grosso in cui io devo trasformare z e

l’altezza, tutta la energia potenziale sopra, in

quella che mi ritrovo sotto. Come si trasforma?

Sono tre componenti:

● Altezza

● Pressione

● Velocità

Tra He e Hu alla fine della turbina, io

avrò cambiato questi tre parametri, sarà

cambiata l’altezza, la pressione con cui

esce e anche la velocità con cui esce. Le

pressioni e le energie in un impianto

idraulico si misurano sempre in metri.

Ciò che vale è il salto, quanta pressione ho quando entro nella turbina e quanta ne ho quando

esco dalla turbina. Quando si parla di energia legata al potenziale idraulico parlo di pressione

che si possono misurare in altezza e quindi parlerò di un alto lordo (He). Queste componenti

sono legate ad Altezza Pressione e Velocità si trasformano l’una nell’altra, energia potenziale,

meccanica e cinetica di velocità. Quindi abbiamo:

Salto Netto = Salto Lordo –

Salto rimanente

Questo salto che è legato solo

sopra veramente all’altezza,

una volta fuori sarà legato solamente a tutto ciò che è successo nella Turbina, quindi velocità e

pressione.

Salto Entrata – Salto Uscita e così le altre componenti, pressione all’entrata e all’uscita e così

via. Quindi questa differenza è ciò che mi fa girare la Turbina. Perché dentro ha una differenza

di altezza, una differenza di pressione e di velocità.

Se consideriamo un bacino su una montagna, un fiume che scorre, la turbina la mettiamo più

giù, in fondo, perché così becco il salto, non tutto, ma becco un salto, e mi trovo in un punto in

piano dove posso costruire un impianto. Quindi facciamo una condotta forzata, un canale in un

punto più comodo, un canale di adduzione. Con questa acqua posso riempire una vasca di

carico, portando l’energia potenziale in un punto comodo per farla arrivare sul mio sistema

energetico di trasformazione.

Domanda: Secondo noi, l’acqua dentro deve essere più lenta possibile o più veloce possibile?

Domanda: Dentro devo mettere più acqua possibile o no?

Risposta di alcuni: Dentro la condotta, posso averla tutta piena, ma la chiudo o la apro,

facendola passare di meno o di più, non è la grandezza del tubo che mi fa la portata. Non è la

velocità, è la acqua che si trova sopra che spinge in giù l’acqua, è il peso dell’acqua sopra che fa

la potenza.

Dividiamo in diversi parti il meccanismo, l’impianto idraulico. Se prendiamo un tubo per

irrigare e premo alla imboccatura, la pressione dietro è la stessa, ma la velocità con cui esce è

molto di più, ma non cambio la velocità di tutto il tubo, la portata rimane la stessa. Avremo una

valvola d’uscita che organizza l’arrivo dell’acqua con la velocità giusta e l’uscita, cambia la

30

La diga io la costruisco per avere un salto molto più grande. Finora abbiamo parlato di

impianti idroelettrici ad acqua fluente (fiume che scende, ne prendo un poco e lo butto in

turbina) oppure abbiamo un impianto idroelettrico a bacino, una diga che cambia

velocità in direzione, verso e modulo perché arrivi giusto sulla turbine.

Riprendendo la velocità dell’acqua dentro la condotta. Noi vogliamo un’alta portata, la massa

nel tempo, però la velocità la vogliamo più bassa possibile. E come faccio ad avere una alta

portata e una bassa velocità? Se io voglio abbassare la velocità devo aumentare l’area, ma

una condotta molto grossa è abbastanza costosa. Parliamo di equilibrio economico, più grande è

il raggio della condotta, meno ho attriti, minore sono le perdite però costa non poco.

Energia degli Oceani

● ●

Maree Gradienti di salinità

● ●

Onde Gradienti termici

● ●

Correnti marine Biomasse marine

31

Energia delle Maree

Unica fonte che non dipende dal Sole, ma dalla attrazione

Luna-Terra. Fenomeno ciclico esteso a tutta la idrosfera e

generato dalla forza di attrazione della luna e del sole sulle

masse d’acqua. Avviene due volta al giorno perché la prima

volta attira da un lato, mentre la seconda volta attira dall’altro

lato a distanza di 12 ore. L’ampiezza di marea (tidal

excursion) è il dislivello compreso fra i due limiti di alta e

bassa marea (altezza intercotidale).

12

Potenziale teorico 3 x 10 W

3

Energia 2 x 10 Mtep/anno

In Italia non abbiamo la marea tanto importante come quando facciamo riferimento agli Oceani,

dove la marea mette a rischio le isole intere. Il modo per sfruttare la Marea, faccio un muro e

quando lascio aperto per fare l’alta marea, e prima che faccia bassa marea, chiudo e mi ritrovo

un dislivello che posso sfruttare con una turbina. Si può fare non solo con le maree ma anche

con le onde.

Lezione 21/10

CASO STUDIO – MESSICO CHIAPAS

Popolazione indigena. Dall’acqua Energia Elettrica – Realidad Project

La comunità costituita da circa 800 abitanti e parliamo dunque di 130 famiglie. L’obiettivo è di

raggiungere una capacità che permetta l’illuminazione pubblica e privata, quindi dentro casa,

lampadine, radio, televisione, irrigazione, abbiamo 5 frigoriferi grandi per la comunità

fondamentali conservare alimenti che sennò vanno a male, catena del freddo. Centro di salute

locale, telecomunicazioni, laboratorio artigianale che da solo 5kW. Per un totale di potenza

richiesta di circa 45kW, in seguito alla analisi della energie richiesta.

Abbiamo tre tipi di impianti diversi che sono:

● Micro Plants, potenza fino a 100 kW

● Mini Plants potenza che si muove da 100 a 1000 kW

● Small plants con una potenza da 1000 a 12000 kW

Sotto i MW hai degli incentivi per costruire gli impianti, poi in seguito infatti abbiamo gli

Hydro Plants e anche quelli più grandi che muovono sui GW.

Prendere dell’acqua dal fiume, si chiama Intake mentre Weir è lo sbarramento, l’acqua tuttavia

non viene bloccata ma continua a scorrere sopra lo sbarramento ma in maniera meno potente.

Una parte viene inserita sotto una condotta, un canale, Channel e avrà dei posti lungo il corso

che, se l’acqua tracima, deve poter ritornare al fiume. Dopo abbiamo un bacino di accumulo,

non è una diga che lo fa per anni o mesi, ma fa un accumulo che dura minuti perché qui è ad

acqua fluente, ed è solo necessaria la continuità di portata, di acqua che entra sempre uguale

all’interno della nostra tubatura, che chiamiamo condotta forzata o anche Penstok.

E poi abbiamo una valvola di ingresso che stacca la velocità, la qualità della portata in termini

di direzione, velocità e angolazione viene decisa da questa valvola che va direttamente sulla

turbina. Dopo la turbina c’è l’alternatore, sempre lo stesso asse, che gira con sopra dei magneti

che cambiano il campo magnetico su dei filamenti che stanno all’esterno. Quindi in questi

filamenti i genera movimento di elettroni alternato che chiamiamo corrente elettrica alternata

pronta per le case delle comunità. Tanta energia abbiamo su e ovviamente qualcosa perde nel

tragitto, mentre si muove. I metri fino alla turbina, ce li perdiamo, tutti quei metri di pressione

più va avanti la tubatura, per effetto degli attriti. I metri di colonna d’acqua che giungono alla

fine diminuiscono e si trasformano da energia potenziale in energie di pressione p o mv^2 la

quale è energia cinetica.

Se noi facciamo mv^2 ci ritroviamo F=m*a - massa per accelerazione (energia), quest’ultima

divisa il tempo ti fa v^2, m su spazio al quadrato. F=m*a la forza genera una massa che

accelera, poi raggiunge una velocità quando finisce una forza, e resterà all’infinito finche

qualcuno non la ferma, come gli attriti.

Se invece della forza io voglio l’energia, sappiamo che la forza*spostamento, per quanto si è

spostata? La potenza è uguale a una forza*spostamento, diviso un tempo.

Altezza, pressione e velocità, da energia potenziale, altezza che abbiamo là, la devo dividere,

resterà un po’ altezza, un po’ pressione e un po’ velocità. Quindi io mi ritroverò pressione e

velocità su delle palette di una ruota, che fa la turbina idroelettrica.

I dislivelli sono stati fatti non con foto satellitari, ma a mano, linea pe linea, e hanno capito che

dall’Intake l’acqua si deve muovere verso un bacino di decantazione - Silt Basin – perché

nessun detrito deve essere trasportato, un filtro automatico, aumenta la superficie diminuisce la

velocità, non c’è più forza e quindi le particelle vanno a fondo, si depositano le particelle e

infine si giunge alla vasca di carico, un accumulo di pochi minuti, e in seguito attraverso una

condotta forzata si arriva alla Power House.

Per ogni linea, c’è circa un metro di discesa. Il problema è quanto attrito fa il tubo.

Lo sbarramento lo devo fare in un punto preciso, dove da una parte metto la paratoia, uno

sbarramento, dove comunque l’acqua ci passa sopra.

A questo punto. Prendi un galleggiante, due punti, lo fai passare e prendi la velocità dell’ac