Calcolo della Potenza di una Ruota Idraulica: Formula e Fattori Determinanti
Questo articolo nasce dalla sollecitazione di un lettore interessato a sfruttare un canale di derivazione da una diga dismessa. Analizziamo come calcolare la potenza di una ruota idraulica, considerando i vari fattori che influenzano l'energia ricavabile.
Tipologie di Ruote Idrauliche
Esistono diverse tipologie di ruote idrauliche:
- Ruote in cui l'acqua agisce sotto il centro, caratterizzate da diametri piuttosto grandi.
- Ruote simili alle turbine Pelton, ma senza la condotta forzata. Quest'ultima soluzione è proponibile solo se la pendenza del letto del fiume è piuttosto grande ed è possibile intervenire con opere abbastanza importanti.
In genere non è necessario deviare tutta la portata, ma basta fare una derivazione più a monte e quindi costruire un canale, con pendenza ridotta, sino all'altezza della ruota.
Energia Ricavabile da una Cassetta Piena
Per ricavare il lavoro utile prodotto dalla ruota occorre conoscere istante per istante il volume, e quindi il peso, di liquido contenuto in ciascuna cassetta e la differenza di quota percorsa. L'energia (o il lavoro) ricavabile da una cassetta piena è facilmente calcolabile: detto P il peso dell'acqua contenuta e h la differenza di quota percorsa rimanendo piena, si ha:
L = P h [kg m]
Il momento motore massimo, detto R il raggio della ruota rispetto al baricentro della cassetta, vale semplicemente:
Mm = P R [kg m]
L'energia cinetica posseduta dalla corrente è meno importante del peso d'acqua nelle cassette e quindi la loro forma è essenziale: in particolare il profilo esterno deve essere tangente al vettore velocità dell'acqua e la cassetta seguente deve arrivare sotto il getto solo quando la precedente è piena.
Fattori di Resistenza
Il lavoro resistente è dovuto, oltre che alla resistenza dell'aria, all'attrito, al peso delle cassette in più in risalita, ecc. e anche al peso di acqua che rimane aderente, cioè l'acqua che bagna le cassette "vuote".
È quindi opportuno montare l'asse su robusti cuscinetti a sfere o a rulli con una ottima lubrificazione.
Considerazioni Importanti
In genere, questi impianti sono adatti per essere gestiti da borgate o da aziende agricole, artigianali e industriali vere e proprie. Il rendimento di tali impianti è compreso tra 0.8 e 0,85 per le mini centrali.
Questi impianti possono essere collegati alla linea elettrica per il trasporto e la distribuzione dell'energia elettrica. È importante considerare la necessità di un controllo periodico da parte di un addetto, sia per il funzionamento continuativo che stagionale.
Un impianto idroelettrico deve rispettare le normative legislative, tecniche, e ambientali. La scelta della turbina prevista dipende dalla quantità di acqua (portata) disponibili.
Esempi di Potenza Resa
Ecco alcuni esempi di potenza resa in diversi contesti:
| Scenario | Potenza Resa |
|---|---|
| Cascinale | P = 150 W c.c. |
| Circolazione impianto di riscaldamento c.a. | P = 1,8 kW c.a. |
| Apparecchi installati c.a. | P = 3,5 kW c.a. |
| Apparecchi installati c.a. | P = 15 kW c.a. |
Componenti Aggiuntivi
- Invertitore a onda quadra c.c. 24 V/c.a.
- Macchina asincrona per una potenza massima di 110 kW.
Considerazioni Ambientali e Costi
È fondamentale valutare gli "effettivi" costi globali unitari e ottenere la concessione alla derivazione di acque pubbliche. Il progetto dell'impianto deve essere esaminato dal Genio Civile, soprattutto se installato in una zona soggetta a vincoli ambientali.
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