Turbina Pelton: storia, funzionamento, applicazione
La turbina Pelton, conosciuta anche come ruota idraulica tangenziale o ruota Pelton, fu inventata dall'americano Lester Allen Pelton negli anni 1870. Sebbene molti tipi di turbine siano stati creati prima del tipo Pelton, è ancora il più usato. attualmente per la sua efficacia.
È una turbina di impulso o turbina idraulica che ha un design semplice e compatto, ha una forma a ruota, composta principalmente da benne, deflettori o pale mobili divise, che si trova intorno alla sua periferia.
Le lame possono essere posizionate singolarmente o collegate al mozzo centrale, oppure l'intera ruota può essere posizionata in un unico pezzo completo. Per funzionare, converte l'energia del fluido in movimento, che viene generata quando un getto d'acqua ad alta velocità colpisce le lame mobili facendolo ruotare e iniziare a lavorare.
Generalmente viene utilizzato per produrre elettricità in impianti idroelettrici, dove il serbatoio dell'acqua disponibile si trova a una certa altezza sopra la turbina.
storia
Le ruote idrauliche nacquero dalle prime ruote che erano usate per attingere acqua dai fiumi e furono mosse dallo sforzo dell'uomo o degli animali.
Queste ruote risalgono al II secolo aC, quando aggiungevano pale alla circonferenza della ruota. Iniziarono a essere utilizzate le ruote idrauliche, quando si scoprì la possibilità di sfruttare l'energia delle correnti per azionare altre macchine, attualmente conosciute come turbomacchine o macchine idrauliche.
La turbina ad impulsi Pelton non fece la sua comparsa fino al 1870, quando il minatore Lester Allen Pelton di origine statunitense implementò il primo meccanismo con ruote per attingere acqua, simile a un mulino, quindi implementò i motori a vapore.
Questi meccanismi hanno iniziato a presentare fallimenti nel loro funzionamento. Da lì, Pelton ha pensato di progettare ruote idrauliche con pale o pale che ricevono lo shock dell'acqua ad alta velocità.
Osservò che il getto colpiva il bordo dei paddle invece che al suo centro e di conseguenza il flusso d'acqua andava nella direzione opposta e la turbina acquisiva più velocità, diventando un metodo più efficiente. Questo fatto si basa sul principio secondo cui l'energia cinetica prodotta dal getto è 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 del 1870, definita da lui stesso Pelton Runner, fu riconosciuta come la progettazione più efficiente della turbina ad impulsi.
Più tardi, Lester Pelton brevettò la sua ruota e nel 1888 formò la Pelton Water Wheel Company a San Francisco. "Pelton" è un marchio registrato dei prodotti di quell'azienda, ma il termine è utilizzato per l'identificazione di turbine a impulsi simili.
Successivamente, sono emersi nuovi design, come la turbina Turgo brevettata nel 1919 e la turbina Banki ispirata al modello della ruota Pelton.
Funzionamento della turbina Pelton
Esistono due tipi di turbine: turbina di reazione e turbina a impulsi. In una turbina di reazione, il deflusso viene effettuato sotto la pressione di una camera chiusa; per esempio, un semplice irrigatore da giardino.
Nella turbina ad impulsi di tipo Pelton, quando i secchi situati sulla periferia della ruota ricevono direttamente l'acqua ad alta velocità, attivano il movimento di rotazione 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 erogata 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 in questo elemento rotante.
applicazione
Esiste una grande varietà di turbine di diverse dimensioni sul mercato, tuttavia si consiglia di utilizzare la turbina del tipo Pelton ad altezze da 300 metri a circa 700 metri o più.
Le 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 principalmente utilizzate per il funzionamento di centrali idroelettriche.
Ad esempio, la centrale idroelettrica di Bieudron nel complesso di dighe della Grande Dixence situato nelle Alpi svizzere nel cantone del Vallese, in Svizzera.
Questa pianta, ha iniziato la sua produzione nel 1998, con due record mondiali: ha la turbina Pelton più potente del mondo e la testa più alta utilizzata per produrre energia idroelettrica.
La struttura ospita tre turbine Pelton, ciascuna funzionante ad un'altezza di circa 1869 metri e 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, ha rotto a 1234 metri, costringendo alla chiusura della centrale elettrica.
La rottura era di 9 metri di lunghezza per 60 centimetri di larghezza, causando il flusso attraverso la rottura di superare 150 metri cubi al secondo, cioè, aveva un rapido rilascio di una grande quantità di acqua ad alta pressione, distruggendo il suo passaggio 100 ettari circa di pascoli, frutteti, foreste, il lavaggio di diversi chalet e fienili situati intorno a questa zona.
Hanno fatto una grande indagine sull'incidente, come risultato quasi completamente ridisegnato il tubo forzato. La causa principale della rottura è ancora sconosciuta.
La riprogettazione richiedeva miglioramenti nel rivestimento del tubo e il miglioramento del terreno attorno al tubo forzato per ridurre il flusso di acqua tra il tubo e la roccia.
La sezione danneggiata del tubo forzato è stata reindirizzata dalla posizione precedente per trovare una nuova roccia più stabile. La costruzione della porta ridisegnata è stata completata nel 2009.
L'impianto di Bieudron non era operativo dopo questo incidente fino a quando non ha ripreso pienamente le sue attività nel gennaio 2010.
