Prosegue anche quest’oggi per la rubrica Energia e Futuro la serie di post dedicati al tema dell’energia idroelettrica, ed oggi andremo a parlare dell’ultimo tipo di turbine precedentemente accennate, ovvero parleremo della Turbina Kaplan.
LA TURBINA KAPLAN – CARATTERISTICHE TECNICHE
La turbina Kaplan è una turbina a flusso assiale, ovvero una turbina nella quale il fluido entra in direzione assiale (rispetto all’asse di rotazione della girante) e fuoriesce sempre assialmente alla girante stessa, non subendo pertanto una rotazione durante il suo transito attraverso la girante come avviene per la turbina Francis, illustrata la scorsa settimana.
In termine di salti geodetici al quale operare, per le turbine Kaplan ci si pone al di sotto delle turbine Francis, con una certa zona di sovrapposizione tra le due famiglie, in particolare le turbine Kaplan iniziano ad operare con salti utili massimi di 30 metri fino a salti estremamente ridotti.
Le portate elaborabili, in virtù dell’assialità della macchina, possono superare quelle delle turbine Francis.
Le turbine Kaplan vengono realizzate con le pale orientabili, così come il distributore, pertanto il flusso risulta indirizzato al variare della portata secondo una direzione ottimale dovuto all’orientamento sia delle pale statoriche che di quelle rotoriche e da questo deriva un rendimento piuttosto elevato sull’intero campo di funzionamento della turbina.
Anche la turbina Kaplan viene racchiusa in una cassa a forma di chiocciola ed allo scarico viene installato un diffusore:
Nella figura è immediato individuare la palettatura rotorica e quella statorica, la quale risulta piuttosto distante dal rotore e collocata prima della curva del condotto che porta il fluido dalla cassa di raccolta alla girante.
Per quanto detto poco sopra, la turbina Kaplan presenta un rendimento piuttosto elevato sull’intero campo di regolazione, pertanto si presta in maniera eccellente per lavorare con condizioni di portata variabili.
La possibilità di variare il calettamento delle pale rotoriche d’altra parte richiede la presenza di un sistema di orientamento delle pale all’interno della girante (interno all’ogiva) con conseguenti aumenti di costo rispetto ad una equivalente turbina “Kaplan” a pale fisse.
Il virgolettato si rende necessario in quanto è improprio chiamare queste turbine con il nome Kaplan, in quanto si tratta di turbine assiali “ad elica” che si rifanno in gran parte alle Kaplan ma che presentano una minore sofisticatezza (e quindi costo) che le rende adatte in impianti dove le valutazioni economiche le ritengono più adatte rispetto alle Kaplan.
La seguente immagine mostra in maniera più completa una sezione di un impianto dotato di una turbina Kaplan:
Dall’immagine è possibile anche fare una valutazione dimensionale indicativa sulle proporzioni della turbina con una persona (anche se la dimensione può variare considerevolmente).
Analogamente alla turbina Francis anche la turbina Kaplan è una turbina a reazione, pertanto l’energia potenziale del fluido viene convertita in energia cinetica in parte nello statore (o distributore) ed in parte nel rotore.
Il numero di pale della girante è compreso tra 3 ed 8, in funzione della dimensione della macchina.
Una piccola girante Kaplan, dotata della palettatura statorica (si immagini un condotto che collega idealmente la chiocciola e quindi le pale statoriche con quelle rotoriche) è ben visibile nella seguente immagine:
Un’altra immagine rappresentativa (e storica) di una turbina Kaplan (prodotta dalla Escher Wiss)è la seguente:
Una turbina di grosse dimensioni è invece la seguente:
Anche per le turbine Kaplan viene utilizzato un diffusore allo scarico con lo scopo di recuperare parte dell’energia cinetica allo scarico trasformandola in energia di pressione, inoltre valgono le stesse condizioni e considerazioni relative alla cavitazione già esposte nel precedente post.
Con le turbine Kaplan terminiamo qui e l’appuntamento si rinnova tra una settimana sempre su AppuntiDigitali e sulla rubrica Energia e Futuro.
(Immagini tratte da Wikipedia e vari siti Web)
