Dopo l’interruzione della settimana scorsa, nella quale abbiamo parlato di SolarImpulse, quest’oggi riprendiamo il tema dell’Energia Idroelettrica andando ad esaminare un secondo tipo di turbina, ovvero la Turbina Francis, già accennata in precedenza.
LA TURBINA FRANCIS – CARATTERISTICHE TECNICHE
La turbina Francis è una turbina a flusso centripeto, ovvero una turbina nella quale il fluido entra circonferenzialmente e fuoriesce assialmente alla girante stessa, ruotando perciò di 90° durante il suo transito attraverso la girante.
Le caratteristiche di questa turbina in termini di geometria la rendono adeguata ad operare in un range di salti geodetici compresi tra 10 e 400 metri con portate elaborate tra 2 e 50 m³/s.
L’elevato range di portate e salti alle quali tali turbine possono operare ne ha reso possibile una enorme diffusione a livello mondiale rendendola la turbina idraulica maggiormente impiegata negli impianti idroelettrici.
La regolazione della portata viene effettuata attraverso una palettatura statorica a geometria variabile posta circonferenzialmente alla girante in corrispondenza della sezione di ingresso delle pale rotoriche, e l’insieme viene racchiuso in una cassa a forma di chiocciola, come visibile nella seguente immagine:
La palettatura rotorica è la parte più interna ed è indicata da una freccia che mostra il verso di rotazione della girante, mentre la palettatura statorica è rappresentata in verde.
L’acqua entra nella sezione indicata dalla freccia azzurra e viene scaricata lungo la direzione perpendicolare alla sezione rappresentata.
La necessità di regolazione della portata ed il conseguente impiego di uno statore a geometria variabile porta alla variazione dei triangoli di velocità del flusso in maniera considerevole, e pertanto ad un decremento del rendimento piuttosto sensibile ed alla conseguente bassa capacità di regolazione (ovvero all’adattamento alle variazioni di portata da elaborare), rendendo necessario selezionare la turbina in funzione di parametri di funzionamento dell’impianto piuttosto stabili.
Le seguenti due figure mostrano la posizione della palettatura storica nel caso di minima portata e di piena ammissione rispettivamente:
Minima Portata
Massima Portata
Un esempio tipico di turbina Francis di grosse dimensioni è visibile nella seguente figura:
Le dimensioni della girante mostrata sono ragguardevoli, ma è possibile trovare giranti di dimensioni ancora maggiori.
La turbina Francis, a differenza della turbina Pelton è una turbina “a reazione” in quanto l’energia potenziale del fluido viene convertita in energia cinetica in parte nello statore (o distributore) ed in parte nel rotore (e da questa percentuale deriva il “grado di reazione“), mentre nelle macchine ad azione questa conversione avviene integralmente nel distributore.
Durante l’espansione del flusso nella girante si raggiungono condizioni di bassa pressione tali da portare la macchina a rischio cavitazione, ovvero nelle condizioni per le quali si ha la formazione di una fase vapore nel liquido, le cui bolle implodendo rapidamente generano sollecitazioni meccaniche che danneggiano in maniera profonda la girante, come si può vedere nella seguente figura:
Anche per questo lunedì è tutto, ci vediamo tra una settimana sempre per parlare di Energia Idroelettrica, sempre su AppuntiDigitali.
(Immagini tratte da Wikipedia e vari siti Web)
