di  -  lunedì 12 aprile 2010

Anche quest’oggi per la nostra consueta rubrica del lunedì mattina continueremo a parlare di energia dall’acqua, andando a vedere come è fatta la parte forse più importante di tutto l’impianto, ovvero la Turbina Idraulica.

La turbina idraulica è un tipo di Turbomacchina definita come Macchina Motrice, ovvero una macchina capace di trasformare energia da una fonte primaria (in questo caso l’ energia contenuta nel fluido) in energia meccanica (e successivamente, mediante un alternatore, in energia elettrica).

In funzione delle caratteristiche del corso d’acqua e del salto geodetico, ovvero della “caduta” a disposizione prima della turbina, differenti tipi di turbine vengono utilizzati.

Essenzialmente esistono tre diversi tipi di turbine, estremamente differenti tra di loro in quanto a caratteristiche e campi di impiego, e si individuano:

  • Turbine Pelton
  • Turbine Francis
  • Turbine Kaplan

Le caratteristiche in maggiore dettaglio di ciascuna di queste turbine verranno descritte nel seguito del post e nel successivo.

CRITERI DI SCELTA DELLA TURBINA

La scelta della turbina dipende strettamente dalle caratteristiche morfologiche del corso d’acqua, in particolare dalla portata e dal salto geodetico, ovvero la differenza di quota tra il punto di presa dal corso d’acqua e la turbina.

In presenza di elevati salti e piccole portate (dai 300 agli oltre 1000 metri), turbine come la Pelton sono preferibili in quanto permettono di ottenere la migliore resa,

Per bassi salti (ordine della decina di metri) ed elevate portate viene spesso preferita la turbina Kaplan in quanto si tratta di una turbina assiale capace di elaborare elevate portate, ed inoltre in grado di operare ad elevato rendimento anche con valori di portata dell’ordine del 20-30% di quella nominale.

In condizioni intermedie la scelta è spesso rappresentata dalla turbina Francis, ovvero una macchina a flusso centripeto, caratterizzata da un campo di regolazione in genere assai modesto.

Esistono ovviamente delle “zone di sovrapposizione” tra le varie turbine, pertanto la scelta viene ponderata in funzione di un insieme di fattori tecnico-economici.

TURBINE PELTON

La turbina Pelton rappresenta forse la più particolare turbina idraulica, in quanto le sue caratteristiche esteriori si discostano parecchio dalle tipiche macchine idrauliche che siamo abituati a vedere (siano esse motrici od operatrici, ovvero turbine o pompe) in quanto la parte captatrice del fluido non presenta una classica forma “a pala”, sia essa radiale o assiale, bensì una forma a “cucchiaio”, in particolare a “doppio cucchiaio”.

Un esempio di turbina Pelton è raffigurato nella seguente immagine:

Dall’immagine è possibile anche eseguire un confronto visivo tra la girante ed una normale persona in termini dimensionali, considerando che le ruote Pelton raggiungono dimensioni anche più elevate rispetto a quella mostrata.

La turbina Pelton opera grazie alla trasformazione dell’energia potenziale del bacino di monte in energia cinetica senza operare variazioni di pressione del fluido attraverso l’impiego di  uno o più ugelli progettati opportunamente.

Per tale ragione la turbina Pelton è definita una macchina “ad Azione”.

La particolare forma della palettatura consente di deviare il flusso in modo da invertirne la direzione (ad eccezione di una piccole componente dovuta alla necessità di non colpire le palettature successive con il getto deviato, ma scaricarlo nella cassa:

La turbina Pelton è caratterizzate da un elevato rendimento, inoltre è una macchina “parzializzata”, in quanto non tutte le pale ricevono contemporaneamente il flusso essendo presente un numero di ugelli inferiore al numero totale delle pale, come intuibile dallo spaccato di una installazione di tale turbina:

In basso a sinistra è visibile l’ugello con il “tegolo deviatore”, ovvero un dispositivo che permette di deviare dal getto una porzione di esso per favorire una rapida regolazione della portata, non ottenibile altrimenti senza evitare fenomeni conosciuti come “colpo d’ariete” agendo esclusivamente sulla spina Doble, ovvero su una spina di forma adeguata che scorre all’interno dell’ugello e ne permette la variazione della sezione di passaggio in modo da ridurre (od aumentare) la portata del getto.

Il numero di ugelli installabili dipende fortemente dalle dimensioni della girante, in quanto una girante di grandi dimensioni dispone di maggiore spazio per gli ugelli.

Il numero di questi non supera solitamente i sei.

Un particolare delle pale è di essere “tagliate” all’estremo inferiore, come visibile nella seguente figura:

(Foto di Hammacher Arno – www.lombardiabeniculturali.it)

Questo “taglio” viene realizzato per evitare che la pale immediatamente successiva a quella che viene investita dal getto in un determinato istante possa interferire con il getto stesso captandone una frazione, e pertanto consentendo una distanza tra le pale inferiore a quella che si avrebbe in assenza di questo intaglio.

Anche per oggi è tutto, spero che questa prima panoramica sia stata esauriente ed interessante… arrivederci a lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre sulla rubrica Energia e Futuro.

14 Commenti »

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  • # 1
    Gas
     scrive: 

    Davvero interessante !
    A questo indirizzo c’e’ anche una animazione che ne mostra il funzionamento !

  • # 2
    Gas
     scrive: 

    …mmm… magari se metto l’indirizzo…
    http://www.youtube.com/watch?v=2WQ2Va1iICA&feature=related

  • # 3
    Bicet
     scrive: 

    Mi piace sempre di più AD :)

    Ottimo lavoro…

  • # 4
    n0v0
     scrive: 

    azz, siamo ancora alle turbine Pelton-Francis-Kaplan?

    me le spiegava la prof. di educazione tecnica alle medie… se ne è fatta di strada, eh!! ;-)

    oh, non voglio essere frainteso, la cosa mi ha colpito: pensavo avessero trovato un qualcosa di “nuovo e migliore”..

  • # 5
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ Gas & Bicet

    Grazie per l’apprezzamento!

    @ n0v0

    Da un punto di vista concettuale molte cose che utilizziamo oggi sono ancora quelle del passato, ma i miglioramenti sono stati fatti… oggi una geometria di una Pelton (o Francis, Kaplan e quant’altro) è molto più raffinata rispetto a 50 anni fa, migliori conoscenze fluidodinamiche, migliori tecniche di lavorazione ecc ne hanno consentito (come in ogni cosa) un miglioramento, ma resta sempre la “logica di base” che le ha viste nascere in quanto soluzioni validissime… se ci pensi è così per tutto… il “Futuro” ha origini molto antiche…

  • # 6
    n0v0
     scrive: 

    si, chiarissimo.

    In pratica come le atuomobili o le biciclette ^^

  • # 7
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ n0v0

    Esatto…

  • # 8
    arkanoid
     scrive: 

    Ma quelle foto erano pubblicate sul Cornetti che tu sappia? Mi sembra di averle viste lì

  • # 9
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ arkanoid

    Io le ho prese dal web (di una c’è il link visto che l’autore era esplicito nel sito), ma mi pare che solo una ci sia nel cornetti (la Pelton a sei getti)… gran bel libro il Cornetti, li ho originali entrambi acquistati per il corso di Macchine (nonostante si tratti di libri di scuola superiore) su consiglio del professore per la grande qualità delle immagini…

  • # 10
    Notturnia
     scrive: 

    ho una di quelle pale qua da qualche parte in ufficio.. un prototipo piccolo.. saranno un 15 cm ma sono bellissime..
    e sono sempre rifinite a mano
    la spazzolatura finale si fa a mano perchè solo il polso di una persona esperta sa dargli la curvatura giusta..

    sono favolose.. e ne ho viste di molto più grandi di quella in foto così come detto.. ce ne sono di enormi..

    ma la tecnica alla base era praticamente già perfetta 100 anni fa..

  • # 11
    arkanoid
     scrive: 

    @simone

    i Cornetti li ho entrambi anch’io e se uno è interessato alla tecnica sono dei bellissimi volumi.

  • # 12
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ arkanoid

    Bellissimi è riduttivo :-D … li custodisco gelosamente :-)

  • # 13
    Roberto
     scrive: 

    Bell’articolo.
    Ma una Spina Doble come quella che si intravede in fig. 3 dove la posso trovare? A parte ebay dove le vendono ad un prezzo secondo me spropositato

  • # 14
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Roberto

    Purtroppo non ho idea…

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