DIGA
BACINO
OPERA DI
RESTITUZIONE
VALVOLA
TURBINA
CONDOTTA FORZATA
TRASFORMATORE
ALTERNATORE
Il bacino e' un invaso d’acqua che si ottiene per effetto dello sbarramento del corso di un
fiume. Forma e dimensioni di un bacino idrografico sono generalmente determinati dalle
caratteristiche geologiche della zona, mentre la ramificazione del reticolo idrografico,
ovvero la densita' dei corsi d'acqua minori, dipende in modo essenziale anche dal regime
delle precipitazioni, dai tipi di suolo e di vegetazione e dall'attivita' umana.
Valvola rotativa
Valvola a fuso
Valvola a farfalla
I tipi di valvola utilizzati nelle centrali idroelettriche sono:
a Farfalla: costituite da una lente circolare che ruota attorno
ad un perno girevole ad asse perpendicolare alla tubazione in
cui la valvola e' inserita. Sono impiegate in impianti con salti
fino a 200 m ed hanno diametri massimi di 4-5 metri.
Rotative: costituite da un corpo sferico nell'interno del quale
si muove un otturatore rotante, che ha la stessa sezione
trasversale della condotta. L'impiego di questo tipo di valvola,
che ha raggiunto diametri di 4 metri, e' adatto a salti fino a
1500-1600 m.
a Fuso: l'organo otturatore di questo tipo di valvola ha la
forma di un fuso che viene spostato in direzione assiale per le
manovre di chiusura o apertura.
Le condotte forzate sono generalmente costituite da tubazioni
metalliche in lamiera d'acciaio o in calcestruzzo armato. Sono munite
in testa di organi di chiusura e sicurezza (in genere valvole a farfalla)
ed al piede di organi di intercettazione (valvole rotative o a farfalla)
di sicurezza delle turbine, a valle delle quali sono installati gli organi
di regolazione (distributori di turbina) direttamente connessi alle
stesse turbine.
Il trasformatore e' una macchina elettrica statica atta a trasferire,
sfruttando il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, energia
elettrica a corrente alternata da un circuito a un altro modificandone
le caratteristiche. Schematicamente un trasformatore e' costituito da
due avvolgimenti, ciascuno formato da un certo numero di spire di
filo di rame avvolte attorno a un nucleo di ferro di elevata
permeabilita' magnetica, dei quali uno riceve energia dalla linea di
alimentazione, mentre l'altro e' collegato ai circuiti di utilizzazione.
L'alternatore e' un generatore di corrente elettrica. È costituito da
due parti fondamentali, una fissa e l'altra rotante, dette
rispettivamente statore e rotore, su cui sono disposti avvolgimenti di
rame isolati. I due avvolgimenti si dicono induttore (sul rotore) e
indotto (sullo statore).
La ruota
idraulica antica
In breve
Le turbine occupano un posto importante tra i motori.
Nel caso delle turbine che sfruttano l'energia cinetica dell'acqua, il funzionamento è
assicurato dalla diga posta in un livello superiore, l'acqua arriva alla turbina mediante una
condotta forzata, in questo modo la turbina inizia a girare e, tramite un albero motore
collegato all'alternatore, produce energia elettrica da energia cinetica.
Le turbine si differenziano a seconda del dislivello a cui è sottoposta l'acqua che le fa
muovere.
Negli impianti idroelettrici moderni vengono costruite grandi unità in presenza di dislivelli
elevati, impiegando generalmente turbine Kaplan fino a 60 metri e turbine Francis fino a
600 metri. L'impianto che dispone del dislivello maggiore (circa 1770 metri) si trova a
Reisseck, in Austria, e utilizza una turbina Pelton, mentre singole unità di notevoli
dimensioni sono installate nell'impianto di Itaipu, in Brasile: si tratta di 18 turbine Francis
da 700 megawatt ciascuna, per una capacità complessiva di 12.600 megawatt.
Le turbine Francis dispongono di un distributore a pale mobili
accuratamente profilate e molate, azionato da un servomotore. Le
giranti Francis sono fuse in un unico pezzo di acciaio inossidabile
e accuratamente lavorate. Le bussole delle pale direttrici sono in
materiale autolubrificante ed i cuscinetti turbina realizzati nel
rispetto assoluto della purezza dell'acqua.
La turbina Francis è utilizzata per cadute e portate medie, relative
a salti tra i 10 e i 250 metri. Dalla forma molto compatta, Francis
assicura risultati ottimali, sia ad asse verticale che orizzontale.
La turbina Kaplan è costruita per piccole
cadute, inferiori ai 40 metri, e grandi portate.
Grazie alla doppia regolazione, elicadistributore, il suo alto rendimento viene
mantenuto fino al 25% della portata
nominale.
Le turbine Kaplan, anch'esse disponibili sia in
versione verticale che orizzontale.
La centrale idroelettrica trasforma l'energia idraulica di un corso d'acqua, naturale o artificiale, in
energia elettrica. In linea generale lo schema funzionale comprende l'opera di sbarramento, una diga o
una traversa, che intercetta il corso d'acqua creando un invaso che puo' essere un serbatoio, o un
bacino, dove viene tenuto un livello pressoche' costante dell'acqua. Attraverso opere di adduzione,
canali e gallerie di derivazione l'acqua viene convogliata in vasche di carico e, mediante condotte
forzate, nelle turbine attraverso valvole di immissione(di sicurezza) e organi di regolazione della
portata (distributori) secondo la domanda d'energia. L'acqua mette in azione le turbine e ne esce
finendo poi nel canale di scarico attraverso il quale viene restituita al fiume. Direttamente collegato alla
turbine, secondo una disposizione ad asse verticale o ad asse orizzontale, e' montato l' alternatore, che
e' una macchina elettrica rotante in grado di trasformare in energia elettrica l'energia meccanica
ricevuta turbina. L'energia elettrica cosi' ottenuta deve essere trasformata per poter essere trasmessa
a grande distanza. Pertanto prima di essere convogliata nelle linee di trasmissione, l'energia elettrica
passa attraverso il trasformatore che abbassa l'intensita' della corrente prodotta dall‘alternatore,
elevandone pero' la tensione a migliaia di Volts. Giunta sul luogo di impiego, prima di essere utilizzata,
l'energia passa di nuovo in un trasformatore che questa volta, alza l'intensita' di corrente ed abbassa la
tensione cosi' da renderla adatta agli usi domestici.
L’acqua una volta passata dalle varie turbine viene
restituita tramite della condotte al corso d’acqua
naturale verso valle.
Opera di sbarramento di un corso d'acqua, che serve a
formare un bacino o un serbatoio, dotata di opere di imbocco
di gallerie o canali, di opere di sfioro dell'acqua in eccesso e di
opere di scarico. Le dighe si possono dividere in due grandi
categorie: diga a gravita' e dighe ad arco. Le dighe a gravita'
hanno generalmente sezione verticale triangolare o
trapezoidale, e sezione orizzontale ad asse rettilineo o
talvolta curva. La stabilita' e la resistenza alla spinta
idrostatica sono affidate unicamente al peso della
costruzione.Nelle dighe ad arco la spinta idrostatica delle
acque d'invaso viene trasferita, sulle pareti laterali su cui
poggia la diga stessa. Con forma convessa, possono essere
costruite solo per sbarrare valli non molto larghe con fianchi
rocciosi.
La turbina Pelton è consigliata per cadute elevate, superiori ai 60 metri, combinate con
portate relativamente piccole. Gli ottimi rendimenti sono mantenuti fino al 25% della
portata nominale.
Dotate di ruote in acciaio inox. Le turbine Pelton possono essere realizzate sia in
versione orizzontale che verticale e munite da uno a quattro iniettori. Per applicazioni su
acquedotti, i materiali di costruzione utilizzati sono inossidabili e non inquinanti.
Le giranti in acciaio inossidabile, calcolate di volta in volta appositamente per ogni
progetto, vengono fuse da fonderie specializzate e accuratamente molate a specchio per
poter raggiungere gli alti livelli di rendimento che le contraddistinguono.
La più antica e semplice turbina idraulica è la ruota idraulica, usata dapprima
nell'antica Grecia e successivamente adottata nella maggior parte dell'Europa
antica e medievale per la macinazione del grano.
Nella sua forma più semplice consisteva in un albero verticale, con una serie di
alette o palette radiali oblique, posizionato in corsi d'acqua a flusso rapido o in
condotte forzate. La potenza prodotta era di circa 0,5 cavalli.
La ruota idraulica orizzontale (cioè una ruota a palette radiali montata su un
albero orizzontale) fu descritta per la prima volta nel I secolo a.C.
dall'architetto romano Marco Vitruvio Pollione