Turbine idrauliche

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 = ρqgH (2.1)

gH = (P_t/ρ + C_t²/2 + g z_t) - (P_e/ρ + C_e²/2 + g z_e) (2.2)

Dalla potenza idraulica si ottiene una potenza meccanica che vale:

P_m^u = γ Y P_id (2.3)

E da questa si ottiene una potenza elettrica:

P_el = P_m^u η_GE (2.4)

L’ingegnere progettista riceve di solito due dati: la portata e la caduta idraulica a disposizione.

Per determinare la portata si deve fare uno studio nel tempo monitorando la portata del corso d’acqua prescelto. In genere si monitora giornalmente o settimanalmente la portata disponibile.

Per misurare la portata vengono utilizzati dei misuratori di portata diversi attraverso strumenti.

Q↑

Fig. 2.1: Diagramma di durata

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 = ρ q g H _(2.1)

g H = ( ^p₁/ _ρ + ^c₁2/ ₂ + g z₁ ) - ( ^p_e/_ρ + ^c2_e /₂ + g z_e )_(2.2)

Dalla potenza idraulica si ottiene una potenza meccanica che vale:

P_m = ɣ P_{id (2.3)}

E da questa si ottiene una potenza elettrica:

P_el = P_m ɣ_{GE (2.4)}

L'ingegnere progettista riceve di solito due dati: la portata e la caduta idraulica a disposizione.

Per determinare la portata si deve fare uno studio nel tempo monitorando la portata del corso d'acqua prescelto. In genere si monitora giornalmente o settimanalmente la portata disponibile.

Per misurare la portata vengono utilizzati dei misuratori di portata diversi strumenti.

Fig. 2.1: diagramma di durata

Il grafico di figura 2.1, detto diagramma di durata, viene ottenuto ordinando le portate in maniera decrescente.

Riordinando le portate in questo modo si perde la correlazione con il giorno, per esempio il giorno 365 non corrisponde al 31 dicembre.

In genere si utilizzano diagrammi di durata relativi a 5 o 6 anni, e ciò è legato agli incertei nell'irrelevamento.

Viene utilizzato questo diagramma perché, se scelto un numero di giorni utili, quasi e la portata di cui posso come minimo, disporre.

In genere viene utilizzato come numero di giorni utile un intervallo compreso tra 90 e 105 giorni:

Fig. 2.2: diagramma di durata con numero di giorni utili

Le scelte sono inoltre condizionate dalla tipologia di turbina, che opera bene in determinate bizze di numero tipi di macchine:

K = w \left( \frac{Q}{gh} \right) ^0.95 _0.75 (2.5)

In genere si prendono in esame due turbine e si operano degli studi in modo di orientare verso l'una o l'altra strada.

Scelto il tipo di turbina dalla letteratura tecnica e dall'esperienza mostrata nel settore, si può avere una buona tipola plausibile dei rendimenti di una tipologia di turbina in funzione della portata figura 2.3

Questi diagrammi, detti diagrammi, forniscono anche il valore di portata minimo che può esisere elaborato da una determinata turbina.

Fig. 2.3: Tipo diagrama tip. di una turbina

Scelto numero di giorni in cui si vuole che l’impianto produca la potenza massima, si può ottenere la corrispondente curva della potenza prodotta nel corso di un anno sfruttando la curva di durata dell’impianto, come si vede in figura 2.4.

La potenza è data da:

P = ρgQH_a

Fig. 2.4: curva della potenza dell’impianto

Bisogna ricordare che non tutta la portata disponibile può essere sfruttata; in quanto per legge bisogna garantire quella che viene chiamata minima portata di deflusso vitale, DFV.

Ciò comporta un eventuale non funzionamento per legge dell’impianto, che non produce potenza nulla. Allo stesso modo se n ha una portata

quella minima elaborabile non si produce potenza.

Il valore di portata minima elaborabile è il francamente semplice da intelre: quando l'acqua corre nella turbina cosi quell'energia divanica potenza alla macchina che moslo. Ci sono delle perdite pero che devono essere considerate, ed esse non vanno il diminuire della part s come invece alla potenza prodotta. Accade che l'energia meccanica diventa numero di quella necessaria per l'oppurita' del pedale: la velocitura slodo non puo fluazione e spoltanamente

rifletta, ma solitando dimuinisce il regime di rotazione dell'ulmtravene e cio non è possible.

Dal diagramma di figura 2.4 si può insilire per ie integrazione dell'energia totale [KW_h] ottenibile in un anno, in modo da vede se l'investimento è economicamente conveniente:

KWh = ²⁴⁄_{giorni utili}[Pot] (2.1)

Si può cambiare il numero di giorni utili in modo da usominare KW_h prodito come si vede nella figura 2.5 :

KW_h

Fig. 2.5: variazione dei KW_h al volume dei giorni utili.

Si potrebbe pensale di lavorare alla portata per cui si ha il rendimento massimo. In questo modo in aumento K ci si sporta verso destra; ottengo una potenza maggiore me giorni utili us ha due slavtage: i rendimenti minore nel letto dell'anno e portata minima elaborabile usulpore.

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Turbine Pelton

Hanno valori di numero tipico di macchina compreso tra 0,15 e 0,35 in base al numero di getti.

Come si vede nella figura 2.6, che rappresenta una Pelton ad asse orizzontale, si ha un impianto costituito da un introduttore o bacchetta che immette il fluido, una ruota sulla cui periferia ci sono varie pale a doppio cucchiaio.

Fig. 2.6: impianto con turbina Pelton orizzontale

In figura 2.7, invece, è rappresentata una turbina Pelton ad asse verticale con sei introduttori. In genere non si superano mai i sei getti introduttori.

Fig. 2.7: impianto con turbina Pelton verticale

Le Pelton elaborano portate molto modeste una sono utili per salti idrici molto elevati.