Come sappiamo, per generare energia idraulica dobbiamo versare una grande quantità di acqua attraverso una cascata per far muovere una turbina. Una delle turbine più utilizzate nell'energia idraulica è la Turbina Kaplan. È una turbina a getto idraulico che viene utilizzata con piccole pendenze fino a poche decine di metri. Il flusso è sempre necessario è grande in modo da poter generare una grande quantità di energia.
In questo articolo vi racconteremo in cosa consiste la turbina Kaplan, quali sono le sue caratteristiche e come viene utilizzata per generare energia idraulica.
Cos'è la turbina Kaplan
Si tratta di una turbina a getto idraulico che sfrutta piccoli dislivelli da pochi metri a poche decine. Una delle caratteristiche principali è che funziona sempre con portate elevate. Portate comprese tra 200 e 300 metri cubi al secondo. È ampiamente utilizzato per la generazione di energia idraulica, essendo questo un tipo di energia rinnovabile.
La turbina Kaplan è stata inventata nel 1913 dal professore austriaco Víktor Kaplan. È un tipo di turbina idraulica a forma di elica in cui hanno pale che possono essere orientate al diverso flusso d'acqua. Sappiamo che il flusso dell'acqua varia a seconda dell'intensità del volume. Potendo avere pale orientate al flusso dell'acqua, possiamo aumentare le prestazioni mantenendole alte fino a portate del 20-30% della portata nominale.
La cosa più normale è che questa turbina sia equipaggiata con deflettori statore fissi che aiutano a guidare il flusso dell'acqua. In questo modo viene ottimizzata la generazione di energia elettrica. L'efficienza della turbina Kaplan può essere utilizzata per una più ampia gamma di portate a seconda delle esigenze. Idealmente, la turbina dovrebbe essere preparata utilizzando un sistema di orientamento in cui posizioniamo i deflettori dello statore quando il flusso cambia. Non abbiamo sempre lo stesso flusso d'acqua poiché dipendiamo dalle precipitazioni e dai livelli dei bacini idrici.
Quando il fluido raggiunge la turbina Kaplan, grazie ad un condotto a forma di spirale, serve per alimentare completamente l'intera circonferenza. Una volta che il fluido ha raggiunto la turbina, passa attraverso un distributore che dà al fluido la sua rotazione rotatoria. È qui che la girante è responsabile della deviazione del flusso di 90 gradi per invertirlo assialmente.
caratteristiche principali
Quando abbiamo una turbina ad elica sappiamo che il regolamento è praticamente nullo. Ciò significa che la turbina può funzionare solo in un certo intervallo, quindi il distributore non è nemmeno regolabile. Con la turbina Kaplan otteniamo l'orientamento delle pale della girante per adattarsi al flusso d'acqua. Inoltre, il movimento si adatta al flusso di corrente. Questo perché ogni impostazione del distributore corrisponde a un diverso orientamento delle lame. Grazie a questo è possibile lavorare con rese più elevate fino al 90% in un'ampia gamma di portate.
Il campo di utilizzo di queste turbine raggiunge dislivelli massimi intorno agli 80 metri e scorre fino ad una portata di 50 metri cubi al secondo. Ciò si sovrappone parzialmente al campo di utilizzo del Francis turbina. Queste turbine hanno raggiunto solo un dislivello di 10 metri e hanno superato i 300 metri cubi al secondo di flusso.
Per ottimizzare la generazione di energia idraulica è molto comune vedere le turbine Kaplan. Sono turbine ad elica che funzionano a piena capacità e rispondono bene a qualsiasi fluido in eccesso. Grazie a queste turbine eliminano una grande quantità di costi di installazione poiché questa turbina è più costosa di una turbina ad elica ma l'installazione diventa molto più efficiente a lungo termine.
Come funzionano le turbine nell'energia idroelettrica
Se vogliamo mantenere costante una tensione di uscita in un impianto idroelettrico, la velocità della turbina deve essere sempre mantenuta costante. Sappiamo che la pressione dell'acqua varia a seconda della portata e dell'intensità alla quale cade. Tuttavia, la velocità della turbina deve essere mantenuta costante indipendentemente da queste variazioni di pressione. Per rimanere stabili, è necessario un gran numero di controlli sia nella turbina Francis che nella turbina Kaplan.
Spesso vengono realizzate installazioni con ruote Pelton in cui il flusso dell'acqua viene aiutato a controllare aprendo e chiudendo gli ugelli di espulsione. Quando nella struttura è presente una turbina Kaplan, viene utilizzato un ugello di bypass di scarico per aiutare a deviare i rapidi cambiamenti di corrente nei canali di caduta che possono aumentare improvvisamente la pressione dell'acqua. In questo modo ci assicuriamo che le eliche siano sempre immagazzinate in modo costante e non siano influenzate dalle variazioni di pressione dell'acqua. Questi aumenti della pressione dell'acqua sono noti come colpi d'ariete. Possono essere molto dannosi per le strutture.
Tuttavia, con tutte queste impostazioni, viene mantenuto un flusso costante di acqua attraverso gli ugelli in modo che il movimento delle pale della turbina sia mantenuto stabile. Per evitare colpi d'ariete, gli ugelli di scarico vengono chiusi lentamente. Le turbine utilizzate per la generazione di energia idraulica variano a seconda di alcune tipologie:
- Per grandi salti e piccole portate Vengono utilizzate turbine Pelton.
- Per coloro teste più piccole ma con una portata maggiore Vengono utilizzate turbine Francis.
- En cascate molto piccole ma con un flusso molto grande Vengono utilizzate turbine Kaplan e ad elica.
Gli impianti idroelettrici dipendono da una grande quantità di acqua contenuta nei serbatoi. Questo flusso deve essere controllato e può essere mantenuto pressoché costante in modo che l'acqua possa essere trasportata attraverso le condotte o le condotte forzate. Il flusso è controllato tramite valvole per adattare il flusso d'acqua che passa attraverso la turbina. La quantità di acqua che può passare attraverso la turbina dipende dalla richiesta di elettricità in ogni momento. Il resto dell'acqua esce dai canali di scarico.
Spero che con queste informazioni possiate saperne di più sulla turbina Kaplan e sulla generazione di energia idroelettrica.