DIGA

CONDOTTA FORZATA

TRASFORMATORE

ALTERNATORE

TURBINA

OPERA DI RESTITUZIONE

BACINO

VALVOLA

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.

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.

Valvola a farfallaValvola a fusoValvola rotativa

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).

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.

La ruota idraulica antica

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, elica- distributore, 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