ENERGIA IDRAULICA

L'uomo ha da sempre utilizzato l'energia fornita dall'acqua in movimento.

Basti pensare alle ruote dei mulini che macinavano i cereali o a quelle che muovevano i telai per la produzione tessile. "Figlie" di queste vecchie ruote sono le attuali turbine che trasformanol'enrgia meccanica dell'acqua in energia elettrica.

I vantaggi dell'utilizzo di centrali idroelettriche sono dati dal fatto che l'energia meccanica dell'acqua è una fonte di energia inesauribile, pulita e gratuita.

Gli svantaggi, invece, riguardano il forte impatto ambientale prodotto dalle dighe (con i relativi pericoli connessi) e il fatto che il fabbisogno energetico di una nazione non può essere coperto dal solo utilizzo di tali centrali.

In passato numerose piccole centrali idroelettriche sono state abbandonate per gli elevati costi di manutenzione. Oggi potrebbero essere ripristinate molte di quelle centrali grazie all'automazione della manutenzione.

LE CENTRALI IDROELETTRICHE

Le centrali idroelettriche sono impianti di trasformazione dell'energia meccanica dell'acqua in movimento in energia elettrica. Esistono quattro tipi di centrali idroelettriche. Tutte le centrali, per poter produrre energia, richiedono:

1) un bacino d'acqua;
2) un dislivello;
3) delle turbine idrauliche.

CENTRALE A SERBATOIO

Questa centrale è tipica delle zone di montagna. E' costiuita da:

- un bacino di raccolta dell'acqua (un lago artificiale  in cui l'acqua è trattenuta da una diga - situato ad alta quota rispetto alla centrale)

- una condotta forzata (una tubazione che porta l'acqua a valle con una elevata pressione, divuta al dislivello)

- una centrale, a valle,  in cui si trovano le turbine (che, messe in movimento dall'acqua, trasmettono energia meccanica ai generatori di energia elettrica)

 L'energia elettrica prodotta dai generatori, prima di essere distribuita agli utilizzatori, viene amplificata dai trasformatori, che ne innalzano la tensione.

L'acqua viene fatta defluire in un fiume vicino.

La potenza della centrale dipende dalla quantità d'acqua disponibile e dal dislivello del bacino

CENTRALE DI GENERAZIONE E POMPAGGIO

Questa centrale è identica ad una centrale a serbatoio, ma ha in più, a valle, un serbatoio di accumulo.

Durante il giorno l'acqua scende dal bacino al serbatoio d'accumulo e produce corrente elettrica, come nella centrale a serbatoio.

Durante la notte l'acqua viene aspirata dal serbatoio d'accumulo e fatta risalire sulla montagna, nel bacino, utilizzando lo stesso generatore (che in questo caso funziona come motore).

CENTRALE FLUVIALE

Questo impianto funziona con l'acqua fluente di un fiume. Elemento caratteristico è la diga che sbarra il fiume e crea un bacino di 10-20 metri di dislivello: la massa d'acqua è costretta a passare per la centrale, costruita contro la diga, e fa girare le turbine.

E' realizzabile solo in fiumi di grandi dimensioni (per questo motivo in Italia è poco usata).

CENTRALE  A MAREA

E' stata costruita un'unica centrale a marea (alla foce del fiume Rance, in Bretagna, nel 1975) perchè si è visto che lo sfruttamento delle maree non è particolarmente conveniente.

La centrale a marea sfrutta il dislivello che si crea in mare tra l'alta marea e la bassa marea (dislivello di circa 10 metri) e funziona solo 4 ora al giorno.

Durante l'alta marea si lascia passare l'acqua attraverso le chiuse riempiendo il bacino (flusso).

Le saracinesche vengono chiuse e, quando la bassa marea crea un dislivello tra bacino e mare, si fa passare l'acqua del bacino attraverso le turbine che la riconducono in mare (riflusso).

Le turbine possono funzionare sia durante il flusso sia durante il riflusso, ma vengono utilizzate solo nel secondo caso.

LE TURBINE IDRAULICHE

Le turbine idrauliche sono macchine che trasformano l'energia potenziale posseduta da una massa d'acqua che precipita da una certa altezza, in energia meccanica di rotazione di un albero.

Sono costituite da due elementi fondamentali:

- il distributore, fisso, che fa assumere all'acqua particolari caratteristiche di velocità e direzione;

- la girante, una ruota mobile munita di pale, in cui avviene la trasformazione.

I principali tipi di turbina sono 3.

TURBINA PELTON

Adatta per alte cadute (400m - 2000m) e piccole portate d'acqua

L'acqua arriva alla girante, munita di pale a forma di doppio cucchiaio, attraverso un distributore in cui è possibile variare la portata.

TURBINA FRANCIS

Adatta per medie cadute (20m - 400m) a grandi portate d'acqua.

L'acqua arriva al distributore attraverso una camera a spirale a sezione decrescente. Il distributore presenta una serie di pale fisse (orientabili per poter regolare la portata d'acqua) che conduce l'acqua alla girante.

TURBINA KAPLAN

Adatta per basse cadute (2m - 20m) a grandissime portate d'acqua.

La girante ha la forma di una grande elica: le pale sono regolabili per ottenere sempre il massimo rendimento anche con cadute e portate variabili.

ENERGIA DALLE ONDE OCEANICHE

Le onde dell'oceano (generate dal vento) rappresentano un'importante risorsa energetica rinnovabile. Possono viaggiare per chilometri senza perdite significative.

I metodi più efficaci per ricavare energia dalle onde, già sperimentati, sono due.

PROGETTO PELAMIS

Prende il nome da quello di un serpente di mare.

E' formato da una struttura articolata formata da sezioni cilindriche galleggianti, unite tra loro da giunti oscillanti.

- il movimento impresso dalle onde ai giunti, viene trasmesso a pistoni che pompano olio sotto pressione a motori idraulici;

- i motori idraulici mettono in movimento dei generatori che producono elettricità;

- la corrente prodotta è trasmessa ad un trasformatore (posto sul fondo del mare) attraverso un cavo.

Collegando insieme molte strutture simili a questa si possono produrre elevatissime potenze elettriche.

 OWC

Acronimo di Oscillating Water Columns (oscillazione di una colonna d'acqua), sono impianti che generano elettricità sfruttando il movimento delle onde che entrano in una specie di pozzo (o fossato) appoggiato alla scogliera.

- quando un'onda entra nel fossato, la colonna d'acqua sale e l'aria sovrastante viene compressa e spinta attraverso una turbina (collegata ad un generatore elettrico) che viene messa in rotazione;

- quando l'onda si ritira, l'aria esterna viene attirata attraverso la turbina che, grazie alla sua forma speciale, continua a girare nella stessa direzione.

Bibliografia:
"Progetto Tecnologia - Vol.B" (Benente, Ferraiolo, Vitale - Ed. Paravia)
"Tecnologia - Energia e applicazioni - Vol.D" (Gianni Arduino - Ed. Lattes)
"Fare Tecnologia" (Giampietro Paci - Ed. Zanichelli)
Per le immagini:

http://web.tiscali.it/vanni_38/idra20.htm

http://www.sorgenia.it/Sorgenia/Saperne_di_piu/Efficienza_Ambiente/Fonti_Rinnovabili/Pagine/idroelettrico.aspx

http://www.rosarioberardi.it/sitoberardi/centralielettrichenew/IMMAGINI/CENTRALEidro.jpg

http://www.bluini.com/produzione_alunni/L%27energia/Energia/Arma%20energia%20idro/Arma.htm

http://meusite.mackenzie.com.br/mellojr/Turbinas%20Hidr%E1ulicas/CAP%CDTULO%203REV.htm

http://www.bcp-energia.it/immagini/pel_-during-seatrials.jpg

http://www.eniscuola.net/FotoSezioni/E_rinn_6d.jpg

http://earthsci.org/mineral/energy/wavpwr/wfigure_1.gif

http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/01-02/RE_info/Wave%20power%20files/image013.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/Francis_Turbine_inlet_scroll_Grand_Coulee_Dam.jpg