Turbine e centrali idroelettriche

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Categoria:	Meccanica
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Le centraliMappa

TURBINE E CENTRALI IDROELETTRICHE

Le centrali idroelettriche sono state il primo tipo di impianti ad
essere progettati per produrre energia elettrica. L’energia puт
provenire dal flusso di un corso d’acqua (centrali ad acqua fluente)
o dal salto che l’acqua, accumulata in un bacino naturale o
artificiale, compie per giungere alla centrale (centrale a
serbatoio).
Per trasformare l’acqua in energia elettrica ci si serve di turbine
idrauliche.
La piщ antica turbina idraulica и la ruota idraulica, usata
nell'antica Grecia e successivamente adottata nella maggior parte
dell'Europa per la macinazione del grano. La sua forma consisteva in
un albero verticale, con una serie di alette o palette oblique, che
veniva posizionato in corsi d'acqua a flusso rapido o in condotte
forzate. La potenza prodotta era di circa 0,5 cavalli.
Per le centrali ad acqua fluente il salto и generalmente piccolo (da
pochi metri a una cinquantina) perchй si sfrutta generalmente la
grossa portata del fiume, che puт giungere fino a centinaia di m3 al
secondo: le turbine, che vengono utilizzate in questi casi sono
chiamate Kaplan. Le centrali a grande salto (da alcune centinaia di
m fino a 1 km) sorgono nelle zone montane, dove sfruttano cascate
naturali con piccole portate d’acqua: utilizzano perciт turbine
chiamate Pelton. Se il dislivello d’acqua и piщ contenuto, da una
decina a qualche centinaio di metri, la centrale и detta a medio
salto: situate anch’esse in zone montane utilizzano turbine a
reazione chiamate Francis.

TURBINA FRANCIS
L'ingegnere anglo-statunitense James B. Francis progettт una turbina
a flusso centripeto, nella quale cioи il flusso era diretto verso
l'interno. La cosiddetta turbina a reazione, o turbina Francis,
divenne la turbina idraulica piщ usata per salti d'acqua da 10 a 100
m.

Gruppi di turbine idrauliche.

TURBINA PELTON
Nella seconda metа del XIX secolo, per impianti che potevano
disporre di dislivelli da 100 a 1000 m, entrт in uso la turbina
Pelton, progettata dall'ingegnere statunitense Lester Allen Pelton.
In questa macchina, l'acqua proveniente da un bacino ad alta quota
viene inviata attraverso una condotta forzata ad una strozzatura
(ugello), dove l'energia dell'acqua и trasformata nell'energia
cinetica di un getto ad alta velocitа. Il funzionamento della
turbina Pelton dipende dall'azione diretta del getto sulla girante.
TURBINA KAPLAN
L'aumento della domanda di energia idroelettrica nei primi anni del
XX secolo stimolт la necessitа di una turbina adatta a piccoli
dislivelli. Nel 1913 l'ingegnere austriaco Viktor Kaplan propose una
turbina a elica, il cui funzionamento era sostanzialmente l'inverso
di quello dell'elica di una nave. Successivamente migliorata, questa
turbina ebbe un'ampia diffusione. Per mantenere costante la tensione
di uscita di una centrale idroelettrica, la velocitа delle turbine
deve essere mantenuta costante a prescindere dalle variazioni di
pressione dell'acqua. Ciт richiede continui controlli, che per le
turbine Francis e Kaplan significa principalmente la regolazione
continua del flusso, mediante l'apertura delle palette del
distributore, a cui, nelle turbine Kaplan, si puт aggiungere la
variazione del passo delle pale dell'elica. Nelle turbine Pelton il
flusso dell'acqua viene regolato variando l'apertura dell'ugello di
alimentazione; in questo caso la turbina deve essere fornita di un
ugello da usare per lo scarico temporaneo nell'eventualitа di
repentine variazioni di flusso nelle lunghe condotte forzate, a
seguito delle quali si potrebbero verificare improvvisi e imponenti
aumenti di pressione.