Turbine idrauliche

Lezione 2

Le turbine idrauliche sono macchine motrici, cioè a differenza delle macchine operative, 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:

_Pid = ρ g Q H (2.1)

H = differenza tra i livelli energetici della corrente tra monte e valle

gH = (P₁/ρ + c₁²/2 + gz₁) - (P₂/ρ + c₂²/2 + gz₂) (2.2)

Dalla potenza idraulica si ottiene una potenza meccanica che vale:

^Pm = ψ ⋅ ^Pid (2.3)

E da questa si ottiene una potenza elettrica:

^Pel = ^Pm/_Ge (2.4)

L’ingegnere progettista riceve di solito due dati: la portata e la caduta idrica 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 diversiv.

Q ↑

↗

↘

365

→g

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 col 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

non è consentito nell'esercitazione.

Viene utilizzato questo diagramma perché un dato, scelto un numero di

giorni utili, e quale la portata di cui posso come minimo disporre.

In genere è utilizzato come numero di giorni utile un intervallo

compreso fra 90 e 105 giorni.

q_n

Q_min

90 ÷ 95%

100

365

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 fasce di numero. Tipici di macchine:

\[Q_i^0,95\]

\[K = \omega \left(\frac{Q}{gh}\right)^0,75\]

(2.5)

In genere si prendono in esame due turbine e si operano degli studi in

modo di orientarsi verso l'una o l'altra strada.

Scelto il tipo di turbina, dalla letteratura tecnica o dall'esperienza mostrata

nel settore, si può avere una buona tipica plausibile del rendimento di

una tipologia di turbina in funzione della portata figura 2.3.

Questi diagrammi, detti diagrammi-tipa, forniscono anche il valore di

portata minima che può essere elaborato da una determinata turbina.

Il getto arriva e viene diviso dal doppio cucchiaio sbattendo contro la pala il

fluido esercita una forza cambiando il braccio viene applicato in movimento e si

ha conversione dell'energia meccanica in energia elettrica.

Fig. 2.8: pala di una turbina Pelton e interazione con il fluido