TIPOLOGIE DI TURBINE IDROELETTRICHE
Le tipologie
di turbina idroelettrica si dividono in 2 famiglie ben distinte:
ad AZIONE e a REAZIONE. Le
giranti delle prime non sono immerse nell’acqua la quale viene spruzzata nelle alette che
compongono la girante stessa facendola muovere. Nelle turbine
a reazione invece la girante è completamente immersa
nell’acqua la quale fluisce tra le pale mettendole in
moto. |
PELTON
Le PELTON sono “turbine ad
azione” nelle quali uno o più ugelli (fino
a sei) e una o due giranti trasformano la pressione dell'acqua
in energia meccanica. Infatti ogni ugello, grazie ad una
valvola a spillo che permette la regolazione del flusso
d’acqua, crea un getto che va a colpire un cucchiaio
di forma particolare fissato sulla ruota girante della
turbina stessa. Più è alta la pressione di
uscita dall’ugello (con quantità adeguate)
e più potenza meccanica l’acqua restituisce
al cucchiaio imprimendo forza sulla girante della turbina.
La turbina poi, accoppiata in maniera adeguata, restituirà l’energia
meccanica al generatore il quale la trasforma in energia
elettrica. Le PELTON devono essere adeguatamente protette
dal distacco del carico, manovra che potrebbe portare la
turbina a velocità di fuga distruttive, senza però chiudere
troppo velocemente la valvola di flusso acqua per evitare
colpi d’ariete poco tollerabili dalla condotta. All’uscita
della turbina la velocità dell’acqua è quasi
nulla, per cui la cassa che contiene ruota e ugelli iniettori
non deve resistere a nessuna pressione particolare e può quindi
essere di costruzione leggera. Le turbine PELTON sono usate
per salti d’acqua che vanno dai 50 ai 1300m totali. |
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TURGO
Di costruzione simile alla PELTON,
anche la TURGO è una turbina detta “ad
azione”. Essa, rispetto alla PELTON, ha pale di forma e disposizione diverse,
e sfrutta una soluzione simile alle turbine a vapore, dove il getto colpisce
non una ma più pale. Questo permette alla TURGO di utilizzare maggior
volume d’acqua rispetto alla PELTON, la quale soffre del problema che
ogni ugello possa interferire con l’altro. Inoltre il minor diametro possibile,
a parità di velocità periferica, permette di ottenere una più alta
velocità angolare, tale da evitare il moltiplicatore di giri nell’accoppiamento
con il generatore elettrico.
Questo permette di diminuire i costi e di aumentare l’affidabilità meccanica
del sistema. Le turbine TURGO sono usate per salti d’acqua che vanno dai
15 ai 300m totali. |
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BANKI
detta anche CROSS-FLOW
(a flussi incrociati). Turbina “ad azione” la
BANKI è una
turbina a due stadi. L’acqua entra nella turbina
grazie ad un sistema di distribuzione e finisce in
un primo stadio della ruota palettata che funziona
quasi totalmente sommersa. Successivamente il flusso
d’acqua, una volta abbandonato il primo stadio,
cambia direzione e finisce nel secondo stadio della
turbina il quale è totalmente “ad azione”.
La ruota della turbina è costruita da dischi
paralleli tra i quali si montano le pale costituite
da alette in lamiera semplicemente piegate. La forma
della ruota ricorda quella di un sistema di ventilazione
tangenziale. La costruzione molto semplice favorisce
la possibile costruzione artigianale delle turbine
BANKI anche in posti come i Paesi in Via di Sviluppo
(PVS), garantendone facilità di manutenzione
e di ricambio. Il rendimento della BANKI è inferiore
all’87%, mantenendosi quasi costante fino alle
basse portate (>16%). Le turbine BANKI sono usate
per salti d’acqua che vanno dai 5 ai 200m totali. |
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FRANCIS
La FRANCIS è una
turbina di tipo “a
reazione”, dove l’acqua si muove come in
una condotta in pressione. Infatti grazie al distributore
a pale regolabili l’acqua viene convogliata alla
girante a pale fisse alla quale cede energia senza
mai entrare in contatto con l’aria esterna. In
questo tipo di turbine l’alimentazione (flusso
acqua) è quasi sempre radiale mentre lo scarico
è assiale. Le turbine FRANCIS sono utilizzate per salti
medi, compresi tra i 10 e 350m. |
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KAPLAN
Anche le KAPLAN come le
FRANCIS sono turbine della famiglia “a reazione”. Le KAPLAN
si dividono in “doppia regolazione”(vera
KAPLAN) o a “singola regolazione” (semi-KAPLAN).
Nella tipologia “a doppia regolazione” sia
la girante che il sistema di distribuzione hanno pale
regolabili. Nel sistema “a singola regolazione” invece
sono regolabili solo le pale della girante, mentre
quelle del sistema di distribuzione sono fisse. La
possibilità di regolare le pale del distributore
e della girante permette di regolare il funzionamento
del sistema in funzione della portata e del salto dell’acqua.
In caso di portata costante la macchina può essere
costruita anche a pale fisse per abbattere i costi.
Le turbine KAPLAN sono utilizzate per salti bassi,
compresi tra i 2 e 20m. |
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TURBINE A BULBO
Della famiglia delle turbine
dette “a
reazione”, la TURBINA A BULBO assomiglia alla
parte sommersa di un grosso motore fuoribordo. Utilizzata
specificatamente per sfruttare il moto ondoso delle
maree oppure le correnti sottomarine (e in alcune
piccole applicazioni di piccola potenza su natanti
a vela), la TURBINA A BULBO ha la girante derivata
dalla KAPLAN, con il generatore e il moltiplicatore
contenuti
in una navicella impermeabile immersa nell’acqua. |
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TURBINA A COCLEA (o vite di Archimede)
La còclea idraulica è conosciuta fin dall’antichita, come ruota o chiocciola di Archimede. Nuovo è il brevetto di utilizzazione della chiocciola di Archimede (invertendo il processo originario) per realizzare una turbina idroelettrica.
Le principali caratteristiche di questa tecnologia sono:
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utilizzo di griglie a passo ampio grazie alla capacità della colclea di accettare materiali alluvionali e detriti di taglia superiore; |
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nessun utilizzo di strigliatori e quindi nessuna produzione di rifiuti da smaltire; |
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semplicità massima di installazione e di manutenzione |
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bassi costi di impianto e gestione. |
Le turbine a coclea sono utilizzate per salti da 1 a 10 metri e portate d’acqua da 0,5 a 5,5 m³/sec.
La caratteristica più importante di queste turbine è che, diversamente da Kaplan o Francis, continuano a funzionare anche con minime portate d’acqua, ciò le rende molto adatte per corsi d’acqua con portate irregolari.
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TURBINE PER CORRENTI MARINE
Le turbine idroeletriche per lo sfruttamento delle correnti marine sono derivate dalla tecnologia utilizzata per l’eolico. Infatti sono composte da gigantesche pale collegate meccanicamente al generatore elettrico.
Sono macchine complesse ed utilizzate solo in sistemi di grossa potenza.
Le turbine in questione funzionano sfruttando le correnti marine provocate dalle maree e possono essere installate solo in alcune aree costiere del mondo.
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