L'Energia Idraulica

L'Energia Idraulica

L'energia idraulica è quella disponibile attraverso opportune trasformazioni dall'energia di posizione dell'acqua.

Il potenziale energetico dell'unità di volume dell'acqua è tanto maggiore quanto maggiore è l'altezza a cui il volume si trova ; ai fini della trasformazione energetica quello che interessa è il salto (tra il punto di presa e quello di restituzione) e la portata che possono essere sfruttati .

I principi su cui si fondano le utilizzazioni di energia idraulica sono così riassumibili :

-conservare tutta l'energia di posizione ;

-trasformare l'energia di posizione in energia di pressione , possibilmente sulla verticale del punto di presa ;

-utilizzare l'energia di pressione in una motrice idraulica (turbina) trasformandola in energia meccanica.

L'energia meccanica viene poi trasformata in energia elettrica accoppiando alla turbina idraulica un alternatore.

Un impianto idraulico per la generazione di energia elettrica sarà costituito essenzialmente da:

Figura 1.4 : impianto idraulico

-opere di presa d'acqua : bacino superiore e filtro acque

-opere di convogliamento dell'acqua alla turbina : canali o condotte forzate

-locale macchine : dove avvengono gli scambi energetici

-organi di scarico : canali a pelo o condotte

-linea elettrica : per l'evacuazione dell'energia                    

Salto e portata permettono di stimare la potenzialità della risorsa.

Infatti,in generale, indicando con:

:        portata d'acqua fluente [l/s]

:     salto geodetico [m]

:          densità dell'acqua [kg/l]

:          accelerazione di gravità [m/s²]

la potenza teoricamente sfruttabile è data da:

                                 (1.1.3)

se non si recupera l'energia tra l'uscita della macchina e il bacino di scarico , turbine ad azione tipo Pelton , la potenza teoricamente sfruttabile  diviene quella fornita dal salto motore totale (Ht

                                      (2.1.3)

Per addurre acqua alla turbina si utilizza una condotta forzata nella quale si origineranno perdite fluidodinamiche sia distribuite che concentrate dette comunemente perdite di condotta le quali sono assimilabili ad un'aliquota  persa rispetto al salto motore totale espressa in metri al chilometro e tabulata nei manuali tecnici in funzione della portata e del diametro di condotta .

Dalla perdita di condotta  si risale al rendimento di condotta con la seguente :

                                                   (3.1.3)

da cui si risale alla potenza disponibile all'ingresso della turbina :

 

                              (4.1.3)

Anche nella macchina si possono avere delle perdite le quali si possono suddividere in:

- volumetriche : non tutta la portata attraversa utilmente la macchina da cui

- interne :                       dovute agli attriti fluidodinamici da cui

- meccaniche : dovute alle perdite nel trasferimento di energia dalla macchina all'utilizzatore,da cui

posti:

             

si ha che la potenza meccanica resa all'albero del generatore dalla turbina idraulica  sarà data da :

                             (5.1.3)

Per misurare la portata di un piccolo corso d'acqua si potrebbe usare il metodo dello "stramazzo", cioè la realizzazione di una piccola paratoia di sezione nota e mediante relazioni sulla geometria del sistema risalire alla portata , così facendo però  si riesce a misurare solo la portata istantanea del corso d'acqua e non si ottiene un accurato diagramma medio annuo delle portate .

Per risalire a tale diagramma occorre ottenere dall'Istituto Mareografico , o da altro ente , i dati statistici sull'altezza media delle precipitazioni mensili nella zona di interesse .

Con questi , conoscendo la superficie sulla verticale del bacino imbrifero del torrente e il rendimento idrologico , si determina in modo abbastanza semplice la portata d'acqua fluente del torrente con la seguente :

                  (6.1.3)

dove:

:          è l'apporto meteorico dovuto alle precipitazioni

 : è le portata relativa al contributo attivo delle sorgenti o risorgive nel bacino imbrifero del torrente

Ricordando che :

                                                               

dove Q_DMV  è la portata non intercettabile affinché sia garantito il minimo decorso vitale al torrente, fissata dalla legge Galli del 1994.