Produzione idroelettrica nelle condotte in pressione mediante turbine Cross-Flow

Morreale G.⁽¹⁾, Sammartano V. ⁽²⁾, Sinagra M. ⁽²⁾, Tucciarelli T. ⁽²⁾
1 – WECONS coop, Spin-off Unipa, Palermo – Italy, g.morreale@wecons.it
2 – Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale,dei Materiali, Università degli Studi Palermo – Italy

Nel presente lavoro si propone una nuova tecnologia per la generazione idroelettrica in condotte in pressione. La turbina idraulica, in fase di brevettazione, è una cross-flow che lavora totalmente in pressione, permettendo l’inserimento della macchina in linea con la condotta esistente. La turbina è costituita da un distributore, da una girante e da uno scarico totalmente in pressione. Il distributore consente di uniformare la corrente idrica all’interno della girante in modo da mantenere un angolo di attacco pressoché costante. La girante è dotata di un insieme di palette a curvatura costante che collegano rigidamente due dischi laterali. Lo scarico è una condotta a gomito che connette la sezione di uscita dalla girante alla condotta in pressione posta a valle dell’impianto idroelettrico. Lo scarico in pressione ha una sezione rettangolare variabile sagomata in modo da minimizzare le perdite di energia e rispettare dunque il carico totale a valle dell’impianto. Al fine di mantenere alte performance al variare della portata la macchina sarà munita di un sistema di regolazione che permettere di mantenere pressoché inalterato il rapporto tra la velocità di ingresso delle particelle e la velocità periferica di rotazione della girante. A differenza delle classiche turbine a flusso incrociato, tipo Bánki-Michell, nella turbina qui illustrata il flusso d’acqua all’interno della girante mantiene pressioni assolute superiori alla pressione atmosferica, ed il dimensionamento della macchina risulta fortemente influenzato da tale idrodinamica. La progettazione di tale dispositivo prevede l’ausilio di simulazioni numeriche che garantiscono alte perfomance della turbina (efficienze maggiori dell’80%) in diverse condizioni di funzionamento (salto utile e portata variabili).

La turbina proposta presenta inequivocabili vantaggi rispetto alle altre micro e mini turbine che possono essere installate lungo condotte esistenti, quali la particolare semplicità costruttiva, l’economicità del processo produttivo e gli alti valori di rendimento.

Un altro vantaggio significativo della turbina è quello di mantenere la direzione del flusso di uscita normale all’asse di rotazione della girante, consentendo in tal modo un raccordo particolarmente agevole con la condotta di restituzione a valle della turbina. Questo aspetto rende questo tipo di turbina particolarmente adatta per l’inserimento ed il montaggio in condotte già esistenti. L’intero vano della turbina occupa un tratto di lunghezza pari a circa 12 volte il diametro della condotta originaria.