Appunti Macchine 2

Lezione 1

Impianti idroelettrici

Questi impianti possono essere divisi in 3 macrocategorie:

• impianti ad acqua fluente

Sono ottenuti in genere da fiumi di pianura aventi una portata circa costante nel corso dell'anno.

Fig. 1.1: vista aerea di un impianto ad acqua fluente.

Fig. 1.2: sezione di un impianto ad acqua fluente.

Si definisce tempo di invaso il rapporto tra capacità utile del serbatoio V_u e portata media annua degli affluenti Q_m:

T = V_u / Q_m (1.1)

Se T ≤ 2 ore si ha un tipico impianto ad acqua fluente. La vasca di carico serve per garantire flessibilità.

Lezione 1

Impianti idroelettrici

Questi impianti possono essere divisi in 3 macrocategorie:

• impianti ad acqua fluente

Sono ottenuti in genere da fiumi di pianura aventi una portata circa costante nel corso dell’anno.

Fig. 1.1: vista aerea di un impianto ad acqua fluente

Fig. 1.2: sezione di un impianto ad acqua fluente

Si definisce tempo di invaso il rapporto tra capacità utile del serbatoio Vu e portata media annua degli affluenti Qm:

T = _Vu/_Qm (1.1)

Se T ≤ 2 ore si ha un tipico impianto ad acqua fluente. La vasca di carico serve per garantire flessibilità.

Una portata minima, detta portata minima di deflusso vitale, deve sempre essere garantita e può essere variabile a seconda delle condizioni esterne legate alla stagione.

Impianti a serbatoio e a bacino

Sono impianti caratterizzati dalla presenza a monte di un sistema di carico, a serbatoio o a bacino, che può essere naturale o artificiale.

Fig. 1.3 _{schema di impianti a bacino}

Se il tempo di invaso è maggiore di 2 ore ma minore di 400 ore l'impianto viene detto a bacino.

Se il tempo di invaso è maggiore di 400 ore l'impianto viene detto impianti a serbatoio.

Questi impianti consentono una maggiore elasticità di servizio rispetto agli impianti ad acqua fluente poiché il serbatoio o il bacino di alimentazione pervengono di avere un volume di accumulo.

Impianti di accumulazione

Sono in genere costituiti da due serbatoi artificiali che si espandono non esistono alveo del corso d'affluente.

La macchina è costituita da pompe e turbine, ma può esistere una sola macchina che funzioni da pompe o da turbine.

Oltre a queste ci sono le macchine elettriche, quindi un motore per la pompe e un generatore per la turbina.

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Si possono avere diverse configurazioni:

• gruppo quaternario: pompa, turbina, motore e generatore
• gruppo ternario: pompa, turbina e macchina elettrica reversibile oppure motore, generatore e turbomacchina
• gruppo binario: turbomacchina e macchina elettrica reversibile

Fig. 1.4: sezione di un impianto di accumulatore

Nella fase di pompaggio il serbatoio inferiore si svuota, in quella di turbinaggio si riempie.

Detta H_g la dislivello geodetico, si avrà durante la fase di pompaggio:

H_p = H_g + ΣH_f (1.2)

• perdite idrauliche
• dislivello geodetico

P_pompa = ^{ρ₌g₌H_p / _ηp (1.3)}

P_pompa è la potenza che viene richiesta al motore elettrico per il funzionamento.

Durante la fase di turbinaggio si ha:

H_t = H_g - ΣH_t (1.4)

P_t = ρ · g · q_t ⋅ γ_t (1.5)

Si vede dalle equazioni 1.3 e 1.5 che nella fase di pompaggio si richiede un'energia maggiore rispetto a quella prodotta nella fase di turbinaggio.

Il vantaggio si ha poiché quando alcuni impianti producono un'energia maggiore di quella richiesta il punto diminuisce di contro il punto aumenta quando la richiesta è maggiore dell'offerta.

Questi impianti permettono lo stoccaggio di energia elettrica in eccesso, che poi verrà restituita nei momenti di maggiore richiesta.

Inoltre, con il maggiore sfruttamento delle energie naturali, si può studiare la loro durata per immagazzinare energia.

Lezione 2

Turbine idrauliche

Le turbine idrauliche sono macchine motrici, cioè a differenza delle macchine operatrici, sfruttano l'energia di una corrente fluida per convertirla in energia meccanica.

L'energia meccanica viene a sua volta trasformata in energia elettrica accoppiando all'albero della turbina un generatore elettrico.

La potenza idraulica che il fluido mette a disposizione della macchina vale:

P_id = Q u H _(2.1)

Q u - differenza tra i livelli energetici della corrente tra monte e v