La produzione di energia elettrica utilizzando fonti rinnovabili come l'energia eolica e idroelettrica è una necessità impellente a causa del problema emergente del cambiamento climatico e del riscaldamento globale. Una macchina che sfrutta l' energia dell'acqua in movimento e la converte in energia meccanica o elettrica è nota come turbina idraulica.
Fu inventato nel XIX secolo e utilizzato principalmente per la macinazione dei cereali e per il pompaggio dell'acqua. Ora è utilizzato principalmente per la generazione di elettricità tramite la costruzione di dighe. L'efficienza delle moderne turbine idrauliche supera il 19%.
Componenti di una turbina idraulica
Una turbina idraulica è composta da elementi essenziali, vale a dire il tubo di aspirazione, la girante, la cassa della chiocciola, i tiranti, le palette dei tiranti e le paratoie.
1. Tubo di aspirazione
Il tubo di pescaggio è un tubo a forma di cono collegato alla girante della turbina. Si trova nella parte inferiore della turbina e aiuta a dirigere il flusso d'acqua lontano dalla turbina.
2. Corridore
Il runner è un componente rotante con pale. Il runner è in continuo movimento a causa del flusso d'acqua. Mentre il runner gira, diventa un generatore che crea elettricità. Il runner ha bisogno di un buon design per funzionare bene.
3. Custodia a scorrimento
La cassa a spirale è un involucro concavo che abbraccia il rotore della turbina e le paratoie. Guida il flusso d'acqua sulle pale e impedisce che colpiscano direttamente le pale.
4. Soggiorni
Si tratta di barre che collegano i cancelli wicket al corridore. Mantengono i cancelli in posizione e distribuiscono uniformemente il loro peso.
5. Vani di sostegno
Sono barre verticali attaccate ai tiranti. Aiutano a guidare l'acqua verso il centro del runner, assicurando un flusso regolare sulle pale.
6. Cancelli a chiave
Sono posizionati sul rotore della turbina per controllare il flusso d'acqua sulle pale. Proteggono le pale da impatti diretti e danni. Un regolatore controlla l'apertura e la chiusura dei paratoie in base all'elettricità generata. Quando è necessaria più elettricità, le paratoie si aprono per consentire un maggiore flusso d'acqua e viceversa.
Caratteristiche della turbina idraulica
Quando si seleziona una turbina idraulica per scopi applicativi specifici, è necessario tenere a mente diverse caratteristiche, che sono menzionate di seguito:
- Efficienza: In genere, varia dall'85 al 90%. Il rapporto tra la potenza in uscita e quella in ingresso è definito efficienza.
- Capacità: L'unità di misura utilizzata è il gallone al minuto (gpm). Viene determinata stimando la quantità di acqua che può fluire attraverso di essa al secondo.
- Capo: La prevalenza è l'altezza dell'acqua sopra la turbina, che può variare da un minimo di 10 a un massimo di 1000 piedi (circa 304.8 m).
- Pressione: La portata dell'acqua attraverso la turbina è la pressione dell'acqua, misurata in libbre per pollice quadrato (psi).
- Temperatura: La temperatura è un parametro importante nella scelta della turbina idraulica più adatta, poiché queste sono progettate per funzionare a temperature fino a 120 gradi Fahrenheit.
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Tipi di turbina idraulica
Esistono due tipi principali di turbine idrauliche: a impulso e a reazione.
1. Turbina di reazione
Le turbine idrauliche a reazione generano energia grazie alla forza di pressione e al flusso dell'acqua . Quando l'acqua scorre sulla turbina, la sua pressione, velocità e direzione vengono modificate, sfruttandone efficacemente l'energia. Quando l'acqua attraversa le pale, genera una pressione che si traduce in una potente forza che spinge contro la parte anteriore e posteriore delle pale stesse. Questa forza fa ruotare la girante, creando una coppia e innescando la rotazione.
2. Turbina a impulsi
La velocità di un getto d'acqua viene modificata dalle turbine a impulso , che inducono il getto a esercitare una forza sulle pale curve della turbina, alterandone così la direzione del flusso. L'impulso di quantità di moto crea una forte spinta sulle pale della turbina. In una turbina a impulso, la pressione del fluido che scorre sulle pale del rotore rimane costante, pertanto tutto il lavoro prodotto è direttamente collegato alle variazioni dell'energia cinetica del fluido.
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Applicazione della turbina idraulica
Poiché la turbina idraulica è un mezzo di produzione di energia elettrica rinnovabile, trova diverse applicazioni in molteplici discipline, di seguito elencate:
- Usato in Centrali idroelettriche, poiché aiutano a generare elettricità sfruttando il flusso dell'acqua.
- Nei sistemi di irrigazione, le turbine idrauliche possono essere utilizzate per pompare acqua da quote più basse a più alte. Ciò è particolarmente utile nelle aree scoscese in cui l'approvvigionamento idrico è una sfida per gli agricoltori.
- Le turbine negli impianti di trattamento delle acque possono essere utilizzate in modo efficiente per scopi di pompaggio dell'acqua.
Vantaggi e svantaggi delle turbine idrauliche
Le turbine idrauliche presentano sia vantaggi che svantaggi che è necessario considerare al momento della scelta della turbina.
vantaggi:
- È relativamente più efficiente rispetto agli altri metodi di produzione di elettricità.
- I suoi settori di applicazione sono vari.
- La manutenzione e il funzionamento sono più semplici.
- Produrre zero emissioni.
svantaggi:
- L'installazione è costosa.
- Crea rumore, quindi deve essere gestito correttamente.
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