Idroelettrico - parte terza

TURBINE IDRAULICHE

Le turbine idrauliche sono macchine motrici a fluido che hanno lo scopo di

trasformare l’energia potenziale e cinetica dell’acqua in energia meccanica di

rotazione. Sono costituite dal distributore (convoglia il fluido alla girante) e

dalla girante (converte l’energia del fluido in en. meccanica rotazionale)

Le turbine possono essere:

ad azione Il distributore trasforma integralmente l’energia posseduta

 

dal fluido in energia cinetica. (PELTON – TURGO - CROSSFLOW).

a reazione Il distributore trasforma solo in parte l’energia posseduta

 

dal fluido in energia cinetica. La rimanente parte dell’energia di pressione

viene trasformata in energia cinetica nei condotti convergenti della

girante: il fluido percorre i condotti mobili riempiendoli completamente e

la sua pressione gradualmente diminuisce (aumenta la sua velocità

relativa) (FRANCIS – KAPLAN)

a gravità sono in genere prive del distributore e sfruttano

 

direttamente la caduta del fluido sulla girante (RUOTE – COCLEE)

PELTON

È la classica turbina ad azione. Il distributore è costituito da uno o più ugelli

provvisti di spina di regolazione. Trasformano totalmente la pressione

dell’acqua in energia cinetica. Un tegolo deflettore ha il compito di deviare il

flusso dalle pale in caso di brusco distacco di carico senza dover chiudere

troppo velocemente la valvola di macchina (colpo d’ariete). Allo sbocco del

distributore massima velocità, colpisce le palettature a “cucchiaio” della

girante. Il fluido percorre la palettatura a contatto con l’ambiente, quindi a

pressione atmosferica.

Sono adatte a salti elevati (da 50 a >1200 m).

Mantengono buone prestazioni per carichi dal 30% al 100% del carico

massimo.

Il getto è perpendicolare alla pala (ne prende una, punto per punto)

TURGO

Simile alla Pelton, le sue pale hanno forma e disposizione diverse (angolo di

20°) cosicché il getto ne colpisce simultaneamente più di una. Può

agevolmente lavorare con salti tra i 50 e 250 m. Può lavorare bene fino anche

al 20% del carico massimo, ma l’efficienza è minore rispetto a Pelton o Francis.

CROSS-FLOW

Il flusso fa una doppia curvatura, ho perdite più elevate; salti tra 5 m e i 200 m.

Il suo rendimento massimo è inferiore all’87%, però si mantiene quasi costante

con portate fino al 16% della nominale. La ruota è costituita da due o più dischi

paralleli, tra i quali si montano, vicino ai bordi, le pale, costituite da semplici

lamiere piegate (si prestano alla costruzione artigianale nei paesi in via di

sviluppo)

TURBINE A REAZIONE

Le Francis sono turbine a reazione usate con salti medi e portate medio-

grandi.

L’acqua entra radialmente nella turbina attraverso un distributore a pale

mobili (che regolano la portata), attraversa la girante a pale fisse e poi esce

assialmente verso valle. L’acqua prima di essere scaricata nel canale di

restituzione, transita nel diffusore per recuperare parte dell’energia cinetica

contenuta nell’acqua che abbandona la ruota a velocità elevata. Il vantaggio

rispetto alla Pelton è dato dalla vicinanza tra distributore e girante.

Kaplan: Si tratta di turbine a reazione a flusso assiale, utilizzate generalmente

per bassi salti (2-40 m). La girante ha sempre pale regolabili: se anche il

distributore è a pale regolabili, la turbina è una vera Kaplan (o “a doppia

regolazione”) altrimenti la turbina è una semi-Kaplan (efficienza più bassa) (o

“a singola regolazione”). Le turbine Kaplan sono quelle macchine che

consentono il maggior numero di configurazioni possibili. (sono molto versatili)

TURBINE A GRAVITA’

CÒCLEA: Sono tipicamente utilizzate per salti da 1 a 10 metri e portate d’acqua

da 0,5 a 5,5 m³/sec. Diversamente dalle Kaplan o Francis, continuano a

funzionare anche con minime portate d’acqua, rendendole molto adatte per

corsi d’acqua con portate irregolari. Sono poco costose.

Normalmente gli impianti piccoli hanno una configurazione verticale con una

turbina Kaplan, oppure una configurazione ad S.

LA SCELTA DELLE TURBINE

Il tipo, la geometria e le dimensioni di una turbina sono condizionati

essenzialmente dai seguenti parametri:

se le aree si intersecano devo verificare

ulteriori parametri come:

SALTO : Nelle turbine ad azione il salto si misura dal punto d’impatto del getto,

che è sempre sopra il livello di valle per evitare che la ruota sia sommersa

durante le piene; ciò comporta una certa perdita di salto rispetto alle turbine a

reazione che utilizzano tutto il dislivello disponibile.

PORTATA: È necessario conoscere il regime delle portate del corso d’acqua da

sfruttare prima di procedere alla scelta della turbina (curva FDC: Flow Duration

Curve). La scelta della turbina determina anche la portata minima che essa è in

grado di lavorare, condizionando così l’energia estraibile nel sito in esame.