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.
