Turbina Idraulica Pelton: Funzionamento e Applicazioni

La turbina idraulica Pelton, sviluppata dall'americano Lester Allan Pelton nel 1879, è una macchina idraulica motrice “ad azione”, impiegata ancora oggi per la produzione di energia elettrica. La turbina idraulica Pelton, inventata nel 1878 da Lester Allan Pelton, è considerata una “turbina a impulsi”, in quanto produce energia sfruttando il potenziale cinetico del getto d’acqua ad alta pressione.

Principio di Funzionamento

L’azionamento delle turbine idrauliche Pelton è generato da uno o più getti d’acqua ad alta pressione indirizzati per colpire i cucchiai nel loro tagliente centrale. Il getto d’acqua viene cosi diviso in 2 distribuendo la pressione in maniera uniforme sull’intera superficie del cucchiaio generando il moto rotatorio. Le palette sono progettate in modo particolare per sfruttare al meglio l'impatto dell'acqua.

Caratteristiche e Applicazioni

Date le sue caratteristiche di funzionamento, è utilizzata in impianti con bacini idrici posti a grandi dislivelli (di solito tra i 300 e i 1400 m) e con piccole portate (inferiori a 60 m³/s); per questo motivo è abbastanza diffusa negli impianti idroelettrici alpini. Solitamente queste giranti sono adatte per essere installate in contesti di grande dislivello, con la possibilità di operare sia in verticale che in orizzontale. Esistono vari schemi costruttivi, quello più diffuso prevede l’asse (di rotazione della girante) orizzontale e un solo getto.

Gli ugelli possono però essere più di uno: sono massimo due nelle turbine ad asse orizzontale, mentre arrivano fino a sei negli impianti di grande potenza realizzati con turbine ad asse verticale. Il numero degli ugelli dalle possibili interferenze tra i vari getti, con la conseguente riduzione del rendimento.

Regolazione della Turbina

La regolazione della turbina Pelton avviene mediante la variazione di portata d'acqua effettuata tramite l'ago Doble. Questo è costituito da un otturatore con estremità a bulbo posto al centro dell'ugello. Lo spostamento assiale dell'ago Doble comporta una variazione della sezione di efflusso e di conseguenza della portata. Questo tipo di regolazione viene effettuata lentamente per evitare repentine e pericolose sovrappressioni, dette colpi di ariete.

Per attuare una rapida diminuzione della portata (ossia della potenza erogata) si utilizza un deviatore di flusso, detto tegolo, che intercetta, tutto o in parte, il flusso di acqua diretto alle pale della girante. Il flusso di acqua intercettato dal tegolo viene direttamente scaricato a valle della turbina.

Vantaggi delle Turbine Pelton

Questa tipologia di turbine è tra le più efficienti e possono raggiungere rendimenti del 95%. La turbina Pelton è una soluzione altamente efficiente per la generazione di energia idroelettrica nelle giuste condizioni. La sua progettazione innovativa e il principio di funzionamento a impulso la rendono una delle scelte preferite per progetti che sfruttano grandi dislivelli d'acqua.

Salto Idrico Molto Elevato: Queste turbine sono ottimali per sfruttare salti idrici elevati, generalmente tra 200 e 2000 metri.
Portata d’Acqua Relativamente Bassa: A differenza di altre turbine che richiedono grandi volumi d’acqua, le Pelton sono efficienti anche con portate d’acqua minori.
Variazioni Frequenti di Carico e Regolazione Flessibile: Grazie al loro design, le turbine Pelton possono gestire variazioni significative nel carico e nel flusso d’acqua. Possono adattare rapidamente la produzione energetica attraverso la regolazione degli ugelli, rispondendo efficacemente a fluttuazioni nella domanda di energia e nella disponibilità idrica.

Distributore Doble

Utilizzano un distributore Doble per trasformare l’energia potenziale dell’acqua in energia cinetica. Generalmente gestiscono portate d’acqua meno elevate rispetto ad altre tipologie di turbine come le Francis o le Kaplan. Queste turbine possono funzionare efficacemente in un’ampia gamma di flussi. La loro capacità di adattarsi a variazioni significative di portata senza compromettere significativamente l’efficienza le rende particolarmente adatte in contesti dove la disponibilità d’acqua può variare. Ad esempio, in ambienti montani, dove i corsi d’acqua possono avere flussi variabili stagionalmente, le turbine Pelton possono continuare a generare energia in modo efficiente anche con flussi ridotti.

Sono specificamente progettate per operare in condizioni di salti d’acqua molto elevati, generalmente compresi tra 200 e 2000 metri. Questa caratteristica le rende particolarmente efficaci in ambienti montani o in siti dove è presente un notevole dislivello naturale dell’acqua. La loro capacità di sfruttare salti elevati si traduce nell’efficace conversione dell’energia potenziale dell’acqua in energia meccanica rotativa, che poi viene convertita in energia elettrica.

Il design specifico delle pale a cucchiaio delle turbine Pelton permette di massimizzare l’impiego dell’energia cinetica del getto d’acqua, anche a fronte di variazioni significative nella quantità d’acqua disponibile. Le turbine Pelton presentano un sistema di regolazione sofisticato che consente loro di mantenere un’alta efficienza anche in presenza di significative variazioni della portata d’acqua.

Questo è possibile grazie alla capacità di regolare il grado di apertura degli ugelli che dirigono il getto d’acqua verso le pale della turbina. Il rendimento parziale delle turbine Pelton rimane ottimale in un ampio intervallo di apertura dell’ugello, generalmente tra il 50% e l’80% del suo massimo. Questa capacità di adattamento al variare della portata consente alle turbine Pelton di operare efficacemente anche quando la disponibilità idrica varia, senza subire significative perdite di efficienza.

Turbine Pelton di Vettorello Meccanica

Vettorello Meccanica, forte della sua esperienza e competenza nel settore delle energie rinnovabili, si dedica alla progettazione, realizzazione e manutenzione di Turbine Pelton. Vettorello si dedica alla progettazione, realizzazione e manutenzione di turbine Pelton.

Le turbine Pelton sono progettate per gestire in modo efficace la portata d’acqua disponibile, come evidenziato dalle nostre istallazioni già esistenti ed in funzione. Questo permette di garantire un approvvigionamento idrico costante alle strutture collegate, come ad esempio le strutture di allevamento a Snefjella o i serbatoi di potabilizzazione a Cabella di nostra costruzione. Questo significa che può essere installata in impianti idroelettrici già operativi senza la necessità di eseguire lavori di ristrutturazione complessi o costosi.

Le turbine Pelton sono dotate di sistemi che monitorano parametri vitali come la pressione in condotta e il livello del serbatoio. Questo monitoraggio in tempo reale consente di osservare con precisione le condizioni operative dell’impianto. La capacità di rilevare variazioni in questi parametri è fondamentale per assicurare un funzionamento efficiente e per prevenire eventuali problemi operativi.

Grazie al monitoraggio continuo, gli operatori possono adeguare rapidamente le impostazioni della turbina per massimizzare la produzione di energia. Avere accesso a dati affidabili e in tempo reale consente di prendere decisioni basate su informazioni concrete piuttosto che su stime.

Esempi di Installazioni

Le installazioni delle turbine Pelton di Vettorello Meccanica hanno apportato miglioramenti sia in termini di efficienza energetica che di sostenibilità ambientale, dimostrando l’impegno dell’azienda verso soluzioni innovative e rispettose delle esigenze locali.

Cabella Ligure (AL): La turbina installata ha migliorato la qualità dell’acqua distribuita grazie all’effetto di miscelazione intima dei prodotti chimici, fungendo anche da riduttore di pressione. L’impianto ha garantito un ritorno dell’investimento in soli 3 anni. È stata ottenuta una produzione energetica continua di 1000 kWh giornalieri a piena potenza.
Nola-Frasso (PR): L’installazione della turbina Pelton ha consentito una produzione giornaliera di 2400 kWh. L’impianto ha contribuito a non alterare le caratteristiche funzionali dell’acquedotto, mantenendo un equilibrio nel sistema idrico.
Snefjella (Norvegia): La turbina Pelton ha garantito la gestione ottimale della portata disponibile, assicurando l’approvvigionamento idrico alle strutture di un allevamento di salmoni. Questa installazione ha valorizzato un ambiente storicamente legato alla tradizione della pesca e del salmone. Ha permesso una significativa riduzione dei costi di gestione dell’allevamento grazie alla vendita dell’energia prodotta.

La turbina Pelton a Snefjella produce 43’000 kWh giornalieri, mentre quella a Cabella raggiunge i 1000 kWh giornalieri a piena potenza. Inoltre, la turbina a Cabella contribuisce all’ossigenazione dell’acqua, un vantaggio ambientale significativo. Questa capacità di produrre energia in modo efficiente, unita a benefici ambientali collaterali, rende le turbine Pelton particolarmente adatte per impianti idroelettrici che cercano di massimizzare sia la produzione energetica sia la sostenibilità.

Precisione nella Produzione

Le Turbine di nostra produzione si distinguono soprattutto per una caratteristica: precisione. Questo è per noi il fattore principale e lo dimostriamo con i nostri report di controllo 3D, che accompagnano tutte le giranti che realizziamo. L’elevato livello qualitativo nella lavorazione ci permette, nella maggior parte dei casi, di evitare la rimozione del materiale durante la bilanciatura.

Oltre a questo tutte le fasi del processo produttivo, dalla materia prima fino al prodotto finito, vengono seguite con rigorosi standard qualitativi che soddisfano ristrette specifiche tecniche. All’occorrenza, se necessario, possiamo fornire per ogni turbina il proprio kit di sagome per il controllo dimensionale.

Curate nei minimi dettagli per raggiungere la massima efficienza possibile, le nostre Pelton vengono prodotte partendo da un singolo blocco d’acciaio.

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