La turbina Pelton , nota anche come ruota idraulica tangenziale o ruota Pelton, fu inventata dall'americano Lester Allen Pelton negli anni 1870. Sebbene diversi tipi di turbine siano stati creati prima del tipo Pelton, questa è ancora la più utilizzata attualmente per la sua efficacia.
È una turbina a impulsi o una turbina idraulica che ha un design semplice e compatto, ha la forma di una ruota, composta principalmente da benne, deflettori o pale mobili divise, situate attorno alla sua periferia.
Le lame possono essere posizionate singolarmente o attaccate al mozzo centrale, oppure l'intera ruota può essere montata in un unico pezzo. Per funzionare, converte l'energia del fluido in movimento, che viene generato quando un getto d'acqua ad alta velocità colpisce le lame in movimento, facendole ruotare e iniziare a funzionare.
Viene generalmente utilizzato per produrre energia elettrica negli impianti idroelettrici, dove il serbatoio d'acqua disponibile si trova ad una certa altezza sopra la turbina.
Storia
Le ruote idrauliche nacquero dalle prime ruote che servivano per attingere l'acqua dai fiumi e venivano mosse dallo sforzo dell'uomo o degli animali.
Queste ruote risalgono al II secolo a.C., quando furono aggiunte le pale alla circonferenza della ruota. Le ruote idrauliche iniziarono ad essere utilizzate quando fu scoperta la possibilità di sfruttare l'energia delle correnti per azionare altre macchine, note oggi come turbomacchine o macchine idrauliche.
La turbina a impulsi di tipo Pelton non apparve fino al 1870, quando il minatore Lester Allen Pelton di origine americana implementò il primo meccanismo con ruote per attingere l'acqua, simile a un mulino, poi implementò motori a vapore.
Questi meccanismi hanno cominciato a fallire nel loro funzionamento. Da lì, Pelton ha avuto l'idea di progettare ruote idrauliche con lame o lame che ricevono lo shock dell'acqua ad alta velocità.
Ha osservato che il getto ha colpito il bordo delle pale invece che al centro e di conseguenza il flusso d'acqua è uscito nella direzione opposta e la turbina ha guadagnato velocità, rendendolo un metodo più efficiente. Questo fatto si basa sul principio per il quale l'energia cinetica prodotta dal getto viene conservata e può essere utilizzata per generare energia elettrica.
Pelton è considerato il padre dell'energia idroelettrica, per il suo significativo contributo allo sviluppo dell'energia idroelettrica in tutto il mondo. La sua invenzione alla fine degli anni '70 del XIX secolo, da lui soprannominata Pelton Runner, fu riconosciuta come il progetto di turbina a impulsi più efficiente.
Successivamente, Lester Pelton brevettò la sua ruota e nel 1888 fondò la Pelton Water Wheel Company a San Francisco. "Pelton" è un marchio dei prodotti di quella società, ma il termine è utilizzato per identificare turbine a impulsi simili.
Successivamente, sono emersi nuovi progetti, come la turbina Turgo brevettata nel 1919 e la turbina Banki ispirata al modello a ruota Pelton.
Funzionamento della turbina Pelton
Esistono due tipi di turbine: turbina a reazione e turbina a impulsi. In una turbina a reazione il drenaggio avviene sotto la pressione di una camera chiusa; per esempio, un semplice irrigatore da giardino.
Nella turbina a impulsi di tipo Pelton, quando i secchi situati alla periferia della ruota ricevono direttamente l'acqua ad alta velocità, guidano il movimento rotatorio della turbina, convertendo l'energia cinetica in energia dinamica.
Sebbene sia l'energia cinetica che l'energia di pressione siano utilizzate nella turbina di reazione, e sebbene tutta l'energia fornita in una turbina a impulsi sia cinetica, quindi, il funzionamento di entrambe le turbine dipende da un cambiamento nella velocità dell'acqua, in modo che eserciti una forza dinamica su detto elemento rotante.
Applicazione
Esiste una grande varietà di turbine di diverse dimensioni sul mercato, tuttavia si consiglia di utilizzare la turbina di tipo Pelton ad altezze da 300 metri a circa 700 metri o più circa.
Piccole turbine sono utilizzate per scopi domestici. Grazie all'energia dinamica generata dalla velocità dell'acqua, può facilmente produrre energia elettrica in modo tale che queste turbine siano maggiormente utilizzate per il funzionamento di impianti idroelettrici.
Ad esempio, la centrale idroelettrica di Bieudron nel complesso della diga della Grande Dixence, situato nelle Alpi svizzere nel canton Vallese, Svizzera.
Questo impianto ha iniziato la sua produzione nel 1998, con due record mondiali: ha la turbina Pelton più potente al mondo e la testa più alta utilizzata per produrre energia idroelettrica.
La struttura ospita tre turbine Pelton, ciascuna operante ad un'altezza di circa 1.869 metri e con una portata di 25 metri cubi al secondo, funzionanti con un'efficienza superiore al 92%.
Nel dicembre 2000, il cancello della diga Cleuson-Dixence, che alimenta le turbine Pelton a Bieudron, si è rotto a circa 1.234 metri, costringendo l'arresto della centrale.
La rottura era lunga 9 metri per 60 centimetri di larghezza, facendo sì che il flusso attraverso la rottura superasse i 150 metri cubi al secondo, cioè ha avuto un rapido rilascio di una grande quantità di acqua ad alta pressione, distruggendo il suo passaggio circa 100 ettari di pascoli, frutteti, boschi, il lavaggio di vari chalet e fienili situati intorno a questa zona.
Hanno condotto un'ampia indagine sull'incidente, di conseguenza hanno quasi completamente ridisegnato la condotta forzata. La causa principale della rottura è ancora sconosciuta.
La riprogettazione ha richiesto miglioramenti al rivestimento del tubo e miglioramento del terreno attorno alla condotta forzata per ridurre il flusso d'acqua tra il tubo e la roccia.
La sezione danneggiata della condotta forzata è stata reindirizzata dalla posizione precedente per trovare una nuova roccia più stabile. La costruzione del cancello ridisegnato è stata completata nel 2009.
L'impianto di Bieudron non era operativo dopo questo incidente fino a quando non è stato completamente operativo nel gennaio 2010.
Riferimenti
- Penton Wheel. Wikipedia, l'enciclopedia libera. Recupero: en.wikipedia.org
- Turbina Pelton. Wikipedia, l'enciclopedia libera. Estratto da es.wikipedia.org
- Lester Allen Pelton. Wikipedia, l'enciclopedia libera. Estratto da en.wikipedia.org
- Centrale idroelettrica di Bieudron. Wikipedia, l'enciclopedia libera. Estratto da en.wikipedia.org
- Turbine Pelton e Turgo. Prima le energie rinnovabili. Recupero da renewablesfirst.co.uk
- Hanania J., Stenhouse K. e Jason Donev J. Pelton Turbine. Enciclopedia dell'educazione energetica. Recupero da energyeducation.ca
- Turbina Pelton - Aspetti di lavoro e progettazione. Impara l'ingegneria. Recupero da learnengineering.org
- Turbine Idrauliche. Macchine elettriche OJSC. Recuperato da power-m.ru/es/
- Pelton Wheel. Hartvigsen Hydro. Recupero da h-hydro.com
- Bolinaga JJ Elemental Mechanics of Fluids. Andres Bello Catholic University. Caracas, 2010. Applicazioni alle macchine idrauliche. 298.
- Linsley RK e Franzini JB Hydraulic Resources Engineering. CECSA. Macchinari idraulici. Capitolo 12. 399-402, 417.
- Wylie S. Meccanica dei fluidi. McGraw Hill. Sesta edizione. Teoria delle Turbomacchine. 531-532.