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Mini idroelettrico

Le turbine idrauliche

La turbina idraulica è il componente più importante di un impianto idroelettrico. Ha il compito di convertire l’energia dell’acqua in energia meccanica; questa viene a sua volta trasformata in energia elettrica grazie alla presenza di un generatore.
 
La turbina è composta di due elementi fondamentali:

• un organo fisso (il distributore): ha il compito di dirigere e di regolare la portata dell’acqua, verso la girante

• un organo mobile (la girante): riceve il getto d’acqua proveniente dal distributore e lo trasforma in energia rotazionale (meccanica) dell’albero motore su cui è installata
 
Dal punto di vista del principio di funzionamento, le piccole turbine non differiscono sostanzialmente da quelle utilizzate nei grandi impianti.

La scelta della turbina ideale deve essere fatta sulla base della portata e del salto d'acqua di un impianto.
 
Microturbina Pelton

Si tratta di una turbina ad azione, utilizzata comunemente negli impianti con salti notevoli (dai 20 ai 200 metri), ma con portate d’acqua anche limitate (da 0,5 a 100 litri a secondo).

Disponibile in una vasta gamma di taglie e nelle versioni ad asse orizzontale e verticale, la microturbina Pelton è caratterizzata da pale a doppio cucchiaio realizzate in acciaio inox. Possiede un distributore a uno o più getti (fino a 6) e valvole di regolazione della portata.
 
Essendo in grado di adattarsi anche a portate limitate, la Pelton è la turbina in assoluto più utilizzata nei micro e nei mini impianti idroelettrici. L’ottimo rendimento elettrico (attorno al 90%) si mantiene costante fino al 25% della portata nominale.
 
Microturbina Banki

Conosciuta anche come Cross-Flow o a flussi incrociati, la microturbina Banki è adatta per salti d’acqua che vanno dai 5 ai 100 metri e per portate da 20 a 1000 litri al secondo.

Si tratta di una particolare turbina a due stadi, che consente cioè una doppia azione dell’acqua sulle pale. L'acqua viene prima indirizzata dal distributore verso la periferia esterna della ruota, imprimendo la rotazione. L'acqua transita poi attraverso la parte centrale della ruota, che è cava, e fornisce un'ulteriore spinta prima di finire nel canale di scarico.
 
Dal punto di vista costruttivo, la turbina Banki è realizzata con semplici pale alettate montate tra dischi paralleli.

 
La trasmissione del movimento del girante al generatore avviene grazie ad una cinghia dentata.

Particolarmente interessante è la possibilità di abbassare la portata (fino al 16% della nominale), mantenendo costante il rendimento elettrico, che si attesta attorno all’87%.

Grazie alla facilità costruttiva e di manutenzione, e alla possibilità di realizzarla in maniera artigianale, la Banki è particolarmente diffusa nei paesi in via di sviluppo.
 
Miniturbina Francis

La turbina Francis è classificabile come “miniturbina” (ma non “microturbina”), dal momento che è adatta per potenze di almeno 100 kW.

E’ in grado di sfruttare salti d’acqua che vanno indicativamente da 10 a 350 metri.

Si tratta di una turbina a reazione, in cui cioè l’acqua che attraverso il distributore giunge alla girante, si trova in pressione e non viene a contatto con l’aria esterna. Prima dell'ingresso nel distributore, l'acqua transita attraverso una camera forzata, dalla forma a spirale, che uniforma la pressione dell'acqua.
 
E’ caratterizzata da un’elevata velocità di rotazione, che è causa di problemi di attrito e di usura e comporta una certa complessità costruttiva.
 
Miniturbina Kaplan
 
Sono turbine a reazione in grado di sfruttare salti medio-bassi (2-40m) ma con portate elevate, adattandosi molto bene agli impianti ad acqua fluente.

Di norma vengono utilizzate in impianti di potenza superiore ai 100 kW.
 
Dal punto di vista costruttivo, la girante possiede una caratteristica forma elicoidale, simile alle eliche delle navi, con pale regolabili a seconda della portata d’acqua.
 
In alcuni casi possono essere regolate sia le pale della girante che quelle del distributore: in questo caso si parla di Kaplan “a doppia regolazione”. Altrimenti, quando sono orientabili soltanto le pale della girante, si parla di Kaplan “a regolazione semplice”.
La possibilità di orientare le pale consente di mantenere alti rendimenti (anche il 90%) , fino al 25% della portata nominale. 
 
Esiste una variante semplificata della turbina Kaplan: si tratta della turbina "ad elica". Le turbine ad elica hanno la caratteristica di avere sia il distributore che le pale della ruota completamente fisse e non regolabili. Sono adatte per impianti caratterizzati da bassi salti e da portate d'acqua costanti. 
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