AA 2024/2025 – 87309 - ENERGIA EOLICA E IDRAULICA T – Programma del corso
RICHIAMI e CONCETTI di BASE
fluido ideale e reale (concetto della viscosità), equazione unidimensionale di continuità della portata e conservazione della portata volumetrica, tubo di flusso, energia di un fluido in movimento (equazione di conservazione dell'energia per unità di massa, equazione di Bernoulli, equazione generalizzata del moto dei fluidi in forma meccanica), flusso della quantità di moto, triangoli di velocità (esempio nel caso di una macchina radiale operatrice e motrice), Equazione di Eulero per una macchina operatrice e motrice.
ENERGIA IDROELETTRICA
concetti generali: schema di riferimento, espressione del lavoro idraulico e della potenza idraulica, rendimento della condotta forzata e rendimento idraulico della turbina, rendimento volumetrico, espressione della potenza meccanica, elettrica lorda e netta; classificazione delle turbine idrauliche secondo il salto geodetico e la portata volumetrica disponibile; grado di reazione per Pelton, Francis e Kaplan; caratteristiche principali degli impianti idroelettrici (vantaggi/svantaggi); calcolo di massima della potenzialità mondiale idroelettrica e considerazioni; impianti idroelettrici a bacino, generalità, tipologia di diga (cenni), bilancio idrico (curva di efflusso, curva di prelievo ideale e reale) e scelta della turbina; impianti idroelettrici ad acqua fluente: schemi di riferimento, bilancio idrico (curva monotona) e scelta della turbina; impianti idroelettrici di pompaggio: generalità, tipologie di impianto/classificazione (quaternario, ternario e binario), schema di un impianto quaternario (cenni sul funzionamento e sulla transizione da fase di turbinaggio a pompaggio e viceversa), schema di un impianto ternario (cenni sul funzionamento e sulla transizione da fase di turbinaggio a pompaggio e viceversa), schema di un impianto binario (cenni sul funzionamento e sulla transizione da fase di turbinaggio a pompaggio e viceversa), calcolo dell'efficienza di round trip, calcolo della convenienza economica, considerazioni (cenni sull'overgeneration e "duck curve" Californiana).
TRASMISSIONE della POTENZA tra un GETTO ed una PALA
(1) caso di una pala piana isolata; (2) caso di una pala piana parte di una ruota idraulica; (3) caso di una pala curva (calcolo forza, potenza efficienza e massimizzazione dell'efficienza, considerazioni sulla deviazione della vena); (4) caso di una pala curva ed ingresso getto da un lato (calcolo forza, potenza e considerazioni sul triangolo di velocità in uscita); forma dei triangoli di velocità per turbine idrauliche ad azione e a reazione.
TURBINE PELTON
schema, componenti principali (ruota Pelton, pala Pelton, diametro Pelton, distributore, spina Doble); procedura di distacco improvviso del carico; calcolo della velocità teorica e reale del getto in uscita dal distributore; la spina Doble (cenni sul proporzionamento, coeff. di contrazione della vena e coeff. di efflusso); pala Pelton (cenni sul proporzionamento, triangoli di velocità); calcolo del lavoro secondo Eulero, condizione di massimo lavoro; calcolo del lavoro massimo, del rendimento idraulico e del rendimento idraulico massimo; numero minimo di pale; coeff. di velocità periferica e considerazioni sul rendimento; mappa di prestazione di una Pelton; andamento del rendimento e della potenza in funzione della portata; considerazioni.
SIMILITUDINE IDRAULICA
definizione di similitudine geometrica, cinematica, dinamica, meccanica, idraulica; calcolo dell'indice caratteristico, considerazioni su uguaglianza del rendimento idraulico (no dimostrazione); applicazioni: classificazione delle turbine idrauliche in base all'indice caratteristico, diagramma di Cordier-Balje.
TURBINE PELTON a più GETTI
dipendenza di c1, u, D e n dalla portata disponibile e dal salto geodetico, considerazioni su regolazione e curva di potenza nel caso di 6 getti.
TURBINE FRANCIS
componenti della macchina (voluta di alimentazione, distributore Fink, girante, diffusore allo scarico); schema della macchina; distributore Fink: regolazione della portata, considerazioni sulle perdite in seguito alla regolazione; il diffusore allo scarico: calcolo della depressione all'uscita della girante; triangoli di velocità ingresso e uscita dalla girante, espressione del lavoro di Eulero, influenza del diffusore sull'espressione del lavoro, considerazioni su altezza sommersa, diffusore ricurvo, il problema della cavitazione (cenni); equilibratura delle spinte assiali (cenni, no disegno); la girante e sua evoluzione al variare del salto geodetico e della portata disponibili; distacco repentino del carico (scarico sincrono); mappa di prestazione di una Francis; andamento del rendimento e della potenza in funzione della portata, considerazioni sul campo di regolazione al variare della velocità specifica.
TURBINE a ELICA e KAPLAN
schema della macchina (no disegno); triangoli di velocità (raggio generico), andamento della componente assiale e tangenziale della velocità assoluta al variare del raggio (legge del vortice libero); triangoli di velocità al mozzo e alla testa; espressione del lavoro; mappa di prestazione di una turbina ad elica; schema della macchina; andamento del rendimento della portata; triangoli di velocità al variare della portata; Turbine Kaplan, pale regolabili, curva di rendimento, considerazioni.
TURBINE IDRAULICHE MINORI
Cenni sul campo operativo delle turbine idrauliche minori; Turbine a bulbo: generalità e caratteristiche principali, campo di applicazione, configurazione come Kaplan o Semi-Kaplan; Turbine Turgo: descrizione della macchina, campo di applicazione e caratteristiche generali, triangoli di velocità, calcolo del lavoro e dell'efficienza, considerazioni; Turbine Cross Flow: descrizione della macchina, campo di applicazione e caratteristiche generali, triangoli di velocità (cenni), campo di regolazione e curva di efficienza, considerazioni; Turbine VLH (cenni); Turbine a vite di Archimede (cenni); Ruote idrauliche (cenni) con alimentazione di sopra (concorde e alternata), di fianco, di sotto, inserite in una corrente.
ENERGIA dal MARE
generalità, classificazione impianti di sfruttamento; impianti di sfruttamento dell'energia dalle maree: formazione delle maree (interazione gravitazionale e forza centrifuga - cenni); classificazione impianti, impianto con sbarramento a bacino singolo in riflusso (schema di massima, andamento livello del mare e del bacino, fasi, calcolo energia disponibile, considerazioni); impianto con sbarramento a bacino singolo bidirezionale (andamento livello del mare e del bacino, fasi, calcolo energia disponibile, considerazioni); considerazioni sui sistemi a doppio bacino e sull'impiego del pompaggio; esempi di impianti reali; impianti di sfruttamento dell'energia del moto ondoso: cenni sul moto ondoso; densità di potenza del moto ondoso; classificazione impianti; captatori a colonna d'acqua oscillante fissi e galleggianti; captatori a corpi oscillanti galleggianti; captatori a corpi oscillanti sommersi; captatori overtopping fissi e galleggianti (cenni); Impianti di sfruttamento dell'energia delle correnti marine: cenni sulle turbine marine; sfruttamento del gradiente termico dei mari/oceani (sistema termoelettrico e sistema a ciclo di Rankine organico) e del sfruttamento del gradiente salino (cenni).
ENERGIA EOLICA
formazione dei venti globali (cenni); formazione dei venti locali (formazione della brezza di mare/terra e della brezza di monte/valle); definizione dell'intensità di turbolenza e velocità media del vento; considerazioni sulla densità dell'aria al variare della quota, velocità del vento al variare della quota; classificazione delle turbine eoliche e tipologia di impianti; Potenza di una vena fluida indisturbata; Limite di Betz (ipotesi, andamento velocità e pressione, conservazione della portata in massa e della quantità di moto). calcolo c1, definizione fattore di interferenza "a" e "b", definizione e calcolo del coeff. di potenza ideale (kp) e calcolo del valore massimo; coefficiente di potenza reale e considerazioni sul rendimento organico; schema semplificato di un aerogeneratore; efficienza aerodinamica della pala; schema delle forze, triangolo di velocità, angolo di costruzione, calcolo dell'efficienza aerodinamica del profilo; definizione coeff. di portanza e resistenza, andamento al variare dell'angolo beta, efficienza aerodinamica della pala, definizione del Tip Speed Ratio (TSR), dipendenza del coeff. di potenza reale da TSR e valutazione per diversi generatori eolici; curva di potenza reale di un aerogeneratore e considerazioni sulla regolazione; esempi di curve di potenza di aerogeneratori commerciali; definizione e analisi del rendimento totale e del rendimento rispetto a Betz di un generatore eolico, influenza della velocità di design sul diametro del rotore. Requisiti per l'installazione di un parco eolico (considerazioni); Elementi di incompatibilità all'installazione; studio anemologico di un sito, misure di velocità e direzione del vento, curva di densità di probabilità di Weibul; curva di probabilità cumulata, calcolo della producibilità in funzione del sito e del tipo di aerogeneratore scelto/ipotizzato; Disposizione degli aerogeneratori in un campo eolico: generalità; distribuzione lineare, con griglia quadrata, con griglia sfalsata (su due o più file), con griglia rettangolare, disposizione planare, con linea portante raccordata, disposizione su alture, effetto selva.
