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OPERE DI PRESA E DI DERIVAZIONE - OPERE DI CARICO, CONDOTTE FORZATE



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OPERE DI PRESA E DI DERIVAZIONE


Opere di presa: per opera di presa si intende quel complesso di manufatti ed apparecchiature che consentono l’effettiva captazione di una portata stabilita: sono costituite dall’imbocco dell’acqua.

Le opere di presa sono di due tipi:

Ø      A pelo libero

Le opere di presa a pelo libero sono tipiche degli impianti di derivazione di centrali ad acqua fluente; mentre le opere di presa in pressione sono in genere applicate nelle centrali dotate di serbatoio.



Nelle opere di presa a pelo libero le bocche di presa, dotate di paratoie, si trovano immediatamente a monte della traversa; e una serie di griglie consente di trattenere il materiale solido più grossolano.

Dopo le griglie esiste in genere un bacino di decantazione per il deposito delle sabbie.

Ø      In pressione

Le opere da presa in pressione sono tipiche delle derivazioni da serbatoio.

Sono costituite da una bocca di presa munita di griglia che normalmente si raccorda con un condotto in pressione. A valle del raccordo tra bocca e condotto sono sistemati gli organi di intercettazione, valvole o paratoie.

La bocca di presa deve essere sistemata al di sotto del livello di minimo invaso, in modo che il suo bordo superiore sia sempre sottoposto ad un certo carico d’acqua, per evitare aspirazioni d’aria; deve comunque essere ad una certa altezza dal fondo per evitare che venga ostruita dai detriti.

Opere di derivazione: sono costituite dal canale di derivazione, che si stacca dalle opere di presa e con breve pendenza convoglia l’acqua alle opere di carico.

Il canale di derivazione può essere a pelo libero o in pressione. Nei canali a pelo libero la superficie dell’acqua è a contatto con l’atmosfera: le condotte possono scorrere all’aperto oppure in gallerie la cui sezione trasversale è soltanto parzialmente occupata dall’acqua; questa quindi presenta una superficie (pelo libero) a contatto con l’acqua soggetta alla pressione atmosferica.

Nei canali in pressione l’acqua occupa l’intera sezione del canale stesso: il condotto è costituito da un tubo metallico o in calcestruzzo capace di resistere alle pressioni interne dovute all’acqua.


OPERE DI CARICO


Costituiscono la parte terminale del canale di derivazione, e a queste si innestano le condotte forzate che alimentano le turbine. La presenza del bacino di carico è necessaria per seguire prontamente le repentine variazioni della portata richiesta dalla centrale, qualora il canale di derivazione fosse a pelo libero.

Questa necessità è dovuta infatti al diverso comportamento dei due sistemi (canale a pelo libero e condotte forzate) in fase di cambiamento del regime del moto; la celerità delle perturbazioni idrodinamiche è piuttosto bassa (dell’ordine di pochi m/s) per i canali a pelo libero, mentre è molto alta (dell’ordine di 1000 m/s) per le condotte forzate.  Da ciò segue che se si ha un cambiamento dei regime imposto dal carico in centrale il canale a pelo libero riuscirà a adeguarvisi in un tempo molto lungo, mentre la condotta in pressione potrà passare prontamente al nuovo regime, anche se a costo di notevolissime e rapide variazioni della pressione (colpo d’ariete).

L’interposizione del bacino a pelo libero fra i due elementi idraulici, ha lo scopo di consentire una sollecita fornitura delle portate richieste o rifiutate dalla condotta in pressione e di fungere da capacità regolatrice delle portate convogliate dal canale di derivazione.

I canali di derivazione a pelo libero si allargano al loro termine in un bacino di carico nel quale l’acqua, diminuendo di velocità, può depositare gli ultimi detriti e dove si può accumulare l’acqua proveniente dal canale di derivazione nel caso in cui si debba rallentare od interrompere il deflusso verso la centrale.



I canali di derivazione in pressione terminano in un pozzo piezometrico (dal greco piezen=premere)

O vasca di oscillazione, che esiste sempre negli impianti a serbatoio. Esso ha una duplice funzione:

Costituisce una capacità di riserva che può essere riempita dall’acqua proveniente dalla galleria in pressione in seguito a rapida chiusura dei distributori delle turbine. L’acqua sale nel pozzo facendo così diminuire in pochi secondi il flusso di quella proveniente dal canale di derivazione in pressione. L’energia cinetica della massa d’acqua che era dotata di velocità nella condotta forzata si trasforma in energia potenziale, facendo aumentare il livello del pozzo fino a che la trasformazione sia completa e la velocità dell’acqua sia scesa a zero; dopodiché si stabiliranno delle oscillazioni libere tra pozzo e serbatoio, oscillazioni che si smorzeranno a causa delle resistenze che l’acqua incontra nel suo movimento. 

L’altra funzione del pozzo piezometrico è quella di fornire immediatamente una notevole quantità d’acqua ad ogni improvvisa richiesta delle turbine. Per tale motivo spesso la capacità del pozzo viene aumentata con camere laterali dette vasche di espansione, capaci di contenere grandi quantità di acqua.


CONDOTTE FORZATE


Esse sono costituite da grosse tubazioni che collegano il bacino di carico o il pozzo piezometrico alle turbine.

Le tubazioni sono in metallo (più raramente in roccia o in cemento armato) e hanno il compito di alimentare, con la minima perdita di carico, le turbine. Esse costituiscono opere di notevole interesse tecnico per le forti pressioni di esercizio, per i valori delle portate e per le sollecitazioni alle quali debbono resistere.

Le condotte forzate vengono installate all’aperto oppure interrate parzialmente o totalmente.

Il tracciato in pianta è generalmente rettilineo; in sezione verticale il profilo della condotta forma una spezzata a vari lati (livellette) con forte inclinazione. Al termine della condotta forzata la pressione è molto alta (1 atmosfera per ogni 10 metri di salto); si cerca inoltre di evitare gomiti e scabrosità della tubazione per evitare perdite di carico. Lo spessore della tubazione aumenta da monte a valle, poiché a valle si ha la massima pressione.

Le tubazioni possono essere chiodate, oppure più modernamente saldate o, per salti notevoli, blindate, cioè con una serie di robusti anelli di acciaio a rinforzo della tubazione saldata. Per smaltire una certa portata si può usare una tubazione unica o due o più condotte parallele, in modo da poter lavorare anche quando una delle condotte è fuori servizio.

Nelle condotte forzate hanno grande importanza gli organi di intercettazione, cioè degli apparecchi di chiusura ai due capi della condotta forzata, presenti in ogni centrale idroelettrica.

La mancanza di una chiusura totale o parziale a valle della condotta forzata dà sempre luogo, nei primi istanti, ad un aumento di pressione: il colpo d’ariete, assorbito dal pozzo piezometrico.







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