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>>ENERGIA IDROELETTRICA

LE TURBINE NEL "MINI IDROELETTRICO"

Nel mini-idroelettrico sono utilizzate sia le comuni turbine idrauliche come: Pelton, Francis, Kaplan, ma anche turbine che sono di più facile costruzione ma con rendimenti minori, che in precedenza erano state scartate nella costruzione di grandi impianti idroelettrici.

Pelton
Le Pelton sono "turbine ad azione" nelle quali uno o più ugelli e una o due giranti trasformano la pressione dell'acqua in energia meccanica.

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.

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.


Banki
Turbina chiamata anche cross-flow (a flussi incrociati), essa è 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, garantendone facilità di manutenzione e di ricambio. Il rendimento della Banki è inferiore all'85%, mantenendosi quasi costante fino alle basse portate (>16%). Le turbine Banki sono usate per salti d'acqua che vanno dai 5 ai 200m totali.


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.


Kaplan ed Elica
Le Kaplan e a elica sono turbine a reazione a flusso radiale, utilizzate generalmente per bassi salti (da 2 a 20 m per le elica da 5 a 90m per le kaplan). Esse non presentano componente radiale di velocità, sono meccanicamente analoghe e si differenziano solo per il disegno idrodinamico delle pale. Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili, mentre quelle del distributore possono essere fisse o regolabili. La turbina ad elica ha il distributore e le pale della ruota fisse ed è utilizzata quando il salto e la portata sono quasi costanti, potendo così diminuire alcuni costi di progettazione e manutenzione.


Turbine A Bulbo
Le turbine a bulbo sono turbine assiali ad asse orizzontale, o leggermente inclinato, disposte direttamente nel corso d'acqua e collegate direttamente all'alternatore contenuto nel bulbo. In generale le turbine a bulbo richiedono ridotte opere civili anche grazie alle loro ridotte dimensioni. La loro installazione è quindi più economica rispetto ad una turbina assiale tradizionale. La corrente che investe la turbina mantiene sempre una direzione quasi assiale, senza forti deviazioni come nel caso delle turbine ad elica o Kaplan tradizionali. Questo migliora la distribuzione del flusso, rendendolo più uniforme e quindi consentendo rendimenti più elevati, anche grazie alla possibilità di variare la posizione angolare delle pale della girante in funzionamento.
Essa è utilizzata per piccolissimi salti fino a 20m.



Turbina a coclea (o vite di Archimede)
La coclea 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:

  • utilizzo di griglie a passo ampio grazie alla capacità della colclea di accettare materiali alluvionali e detriti di taglia superiore;
  • nessun utilizzo di strigliatori e quindi nessuna produzione di rifiuti da smaltire;
  • semplicità massima di installazione e di manutenzione;
  • 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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