LE MACCHINE CHE FORNISCONO L’ENERGIA IDROELETTRICA

Una centrale idroelettrica deve disporre di un getto d’acqua ad una certa pressione; poiché in natura sono rari i salti d’acqua sfruttabili in questo senso, si ovvia costruendo, mediante enormi dighe di sbarramento, dei bacini artificiali, che raccolgono l’acqua ad altezze notevoli e la inviano alla centrale entro grossi tubi d’acciaio o di cemento armato, detti condotte forzate.
Nella centrale quest’acqua, grazie all’energia cinetica immagazzinata nella caduta, mette in moto delle turbine, che a loro volta azionano dei generatori di corrente.

TURBINE

Origine

L’antenata della moderna turbina può essere considerata la ruota idraulica, invenzione risalente all’epoca greco romana, utilizzata per far girare le grosse mole di pietra per macinare il grano.

Turbine idrauliche: classificazione

La turbina idraulica è quel dispositivo meccanico che trasforma l’energia potenziale e cinetica dell’acqua in energia meccanica; è essenzialmente costituita da un organo fisso, il distributore e da uno mobile, la girante. Il primo ha tre compiti essenziali: indirizza la portata in arrivo alla girante imprimendovi la direzione dovuta, regola la portata mediante organi di parzializzazione, provoca una trasformazione parziale o totale in energia cinetica dell’energia di pressione posseduta dalla portata. L’entità di questa trasformazione è l’elemento più importante per la classificazione delle turbine: quando la trasformazione da potenziale a cinetica avviene completamente nel distributore, si parla di turbine ad azione, altrimenti di turbine a reazione. La girante infine trasforma l’energia potenziale e/o cinetica dell’acqua in energia meccanica resa sull’albero motore.

Criteri di scelta della turbina

Il tipo, la geometria e la dimensioni di una turbina sono condizionati essenzialmente dai seguenti parametri: salto netto, portata da turbinare, velocità di rotazione, problemi di cavitazione, velocità di fuga e costo.

ALCUNI ESEMPI DI TURBINE

PELTON

Le Pelton sono turbine ad azione nelle quali uno o più ugelli trasformano totalmente la pressione dell’acqua in energia cinetica.                               

Questo tipo di turbina viene anche chiamata  Turbina Banki-Michell, in onore dei suoi inventori, oppure Turbina Ossberger, il nome della ditta che la fabbrica da più di cinquant’anni.

FRANCIS

Sono turbine a reazione a flusso radiale con distributore a pale regolabili e girante a pale fisse.

Sono molto utilizzate per i medi salti.

TURGO

La Turgo è una turbina ad azione che può lavorare con salti tra i 15 e i 30 metri. Rispetto alla Pelton a pale con forma e disposizione diverse ed il getto colpisce simultaneamente più pale

KAPLAN E AD ELICA

Sono turbine a reazione a flusso assiale utilizzato generalmente per bassi salti.
Le pale della ruota nella Kaplan sono sempre regolabili, mentre quelle del distributore possono essere fisse o regolabili.
La potenza massima oggi raggiunta da queste turbine è di circa duecentomila kW in alcune turbine impiegate in impianti brasiliani.

TURBINE A BULBO

La turbina a bulbo è una turbina a reazione che deriva dalla Kaplan, con il generatore ed il moltiplicatore contenuti in una cassa impermeabile, a forma di bulbo, immersa nell’acqua.
Le turbine a bulbo sono quelle che vengono impiegate negli impianti che sfruttano il moto ondoso delle maree.

L’ALTERNATORE

Struttura
L’alternatore è costituito da una parte fissa, lo statore, e da una parte mobile, il rotore. Su entrambe sono disposti dei conduttori elettrici collegati tra loro in modo da formare due circuiti.
Uno dei due ha la funzione di creare un campo magnetico(avvolgimento induttore o di eccitazione) e l’altro deve essere sede di forza elettro motrice indotta (avvolgimento indotto). Normalmente il campo magnetico e creato facendo circolare una corrente continua nell’avvolgimento posto sul rotore ;in tal caso lo statore ha la forma di un cilindro cavo, nel cui interno, coassiale con esso, è disposto il rotore,che può avere forma cilindrica(rotore a poli lisci) o stellare (rotore a poli salienti). Negli alternatori di piccola potenza, quali quelli usati negli autoveicoli, il campo magnetico può essere generato anche da un magnete fisso, in questo caso manca l’avvolgimento di eccitazione.
Con gli alternatori in cui il campo magnetico è creato con una corrente continua si possono raggiungere potenze superiori ai 1000 MVA, mentre quelli con magnete fisso non vanno oltre i 100KVA. Gli alternatori di grande potenza sono di solito azionati da turbine a vapore (turboalternatori).

Principio di funzionamento
Il motore fornisce l’energia meccanica per mantenere in movimento il rotore , la cui rotazione provoca , legge dell’induzione elettromagnetica , la nascita della forza elettromotrice.
Alla conseguente circolazione di corrente è dovuta l’erogazione di energia elettrica in energia meccanica. In taluni impianti idroelettrici le stesse macchine funzionano da generatori e da motori quando la richiesta è bassa.