Le opere di presa dell’acqua fluente
74 IV – Le opere di presa dell’acqua fluente I L’energia idroelettrica e le altre fonti di produzione per una gaveta rettangolare, la correlazione diventa:
2 3 0, 7 Q h L
nella quale, inserendo i valori, si ottiene:
2 3 3 0,17 0, 7 0,116619 11, 66 2, 5 m s h m cm m Il valore ottenuto, ridotto rispetto quello inizialmente ipotizzato, permette una più precisa portata del DMV fluviale ed al contempo minori perdite impiantistiche; il tutto si può quantificare, con 15 centimetri di scavo, in una portata di 248 litri al secondo, valore supe- riore del 46 % al minimo consentito e che costituirebbe, in casi in cui sia necessaria quella minima portata di 80 litri al secondo in più, anche un motivo di fermata dell‟impianto; esso infatti non può funzionare
con portate inferiori al 30% della portata di progetto, la turbina si ferma perché non riesce più a sopperire alla ri- chiesta di coppia dell‟alternatore. Per questi motivi un accurato dimen- sionamento della gaveta permette di evitare fermate dell‟impianto indesiderate e al contempo aumentare la po- tenza prodotta quando la por- tata fluviale è ridotta. Con un valore approssimato a 12 cen- timetri, si ottiene un più ra-
gionevole errore del 5 %, con 8 litri al secondo in più, sufficiente a lavorare in sicurezza nel rispetto delle nor- mative.
Nelle foto a lato e sot- to, si evidenziano ri- spettivamente il posi- zionamento della gave- ta (vista satellitare) e la sua forma.
Nel corso dello studio di approfondimento, però, il sottoscritto si è reso conto di una pro- blematica riguardante il convogliamento dell‟acqua nella vasca di captazione; il tutto è 22 [m]
38 [m]
Figura 4.19 - Posizionamento della gaveta, vista satellitare
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incentrato sul livello di acqua presente nell‟invaso artificialmente creato dalla briglia, che nei periodi di scarsa portata fluviale risulta estremamente basso. Il primo approccio segui- to, per il quale sono stati implementati dei calcoli nel foglio di lavoro preparato per l‟azienda, si è basato sull‟abbassamento del livello del letto fluviale mediante l‟asportazione di pietre e terreno. In sostanza si sarebbe trattato di creare una depressione graduale dal centro del corso d‟acqua fino alla vasca, per invitare il fluido ad entrarvi ed assicurare così la massima portata ammissibile, dalla concessione dello sfruttamento idrico e dalle condizioni di portata del fiume. Come succede nella maggior parte dei casi, però, la soluzione ingegneristicamente più furba non coincide con le volontà di tutti gli attori inte- ressati nel contesto in esame. In questo particolare caso si è fatto divieto di modificare il letto del fiume, anche se superficialmente non si avrebbero variazioni, per cui ci si dovrà accontentare di costruire la presa della vasca dell‟altezza desiderata ed attendere che la for- za dell‟acqua ed i fenomeni naturali lavorino per equilibrare il tutto.
La soluzione ottimale per tale problematica, quindi, si presenta in un controllo proporzio- nale del livello dell‟acqua della vasca con un livellostato che comandi una valvola di rego- lazione a monte della turbina. Tale valvola è richiesta anche per il sezionamento della parte meccanica dell‟impianto, così da potervi intervenire in sicurezza, e sarà utilizzata anche per regolare il minimo deflusso vitale del fiume: il procedimento logico seguito è a prova di errore, basandosi unicamente sul livello dell‟acqua nella vasca che dovrà perciò esser costruita con un alto grado di precisione. Tale livello coincide con l‟estremo inferiore della gaveta; quando il livellostato avverte dei cali chiude in modo proporzionale la valvola di regolazione fino a ristabilire il livello ottimale; se il fiume non presenta corpose variazioni nella portata in archi temporali ristretti (il che significherebbe grandi portate, e non è que- sto l‟ambito), tale sistema tende all‟equilibrio quasi perfetto, senza l‟aggiunta di controlli integrali o derivativi poiché superflui; trattandosi di un corso d‟acqua con una consistente portata ed essendo i casi di portata ridotta appena descritti appartenenti a finestre temporali molto piccole, si suppone sufficiente agire in tale senso.
Un altro sistema immaginato e proposto all‟ingegner Massari, consiste nel mantenere il DMV agendo sulla paratoia di sghiaiatura, aprendola cioè di una quantità sufficiente a far transitare la portata richiesta. Questa soluzione permetterebbe anche una miglior pulizia da sabbia e sassi di piccole dimensioni, trascinati dalla forza della corrente. Anche in tal caso, però, ci si scontra con un muro molto alto che è l‟opinione pubblica, che vieta di prosciu- gare la briglia anche se per pochi giorni all‟anno, dato che nei mesi estivi l‟impianto deve comunque essere mantenuto spento.
Il sottoscritto non è contro gli ecologisti, ma rimane fermamente convinto del fatto che o- gni sito debba essere analizzato intelligentemente. In alcuni casi il DMV è infatti giusta- mente da mantenere per non prosciugare il letto fluviale e non distruggere la flora e la fau- na, ad esempio quando le tubature coprono centinaia di metri. In questo frangente, però, l‟opera umana ha già ampiamente modificato l‟aspetto naturale, creando uno sbarramento di cemento armato che l‟impianto idroelettrico semplicemente bypassa. Certi divieti quindi sembrano mossi più per generalizzare alcune leggi che per dimostrare di aver effettivamen- te ragionato sulle potenzialità del sito. È da ricordare il fatto che impianti come questi cre- ano un minimo impatto ambientale a fronte di grandi quantitativi di inquinamento rispar- miati.
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4.6
La tubatura per l’adduzione dell’acqua alla turbina
Il progetto ha richiesto lo studio ottimizzato della tubazione da adottare per trasferire l‟acqua dalla vasca di sedimentazione al corpo turbina. A differenza degli altri impianti, in questo particolare frangente il salto disponibile è minimo ed al contempo è molto ridotta la distanza che l‟acqua deve percorrere. La linea di principio è sempre quella della “velocità economica”, ottenuta confrontando i valori di perdita di carico, di durata dell‟impianto e di costo della tubazione. Essendo le metrature ridotte, anche a fronte di un costo unitario mol- to elevato è buona norma ridurre al massimo le perdite di carico. Nel seguito viene presen- tata l‟analisi economica ed analitica effettuata dal sottoscritto per giungere alla scelta della corretta tipologia di tubatura finale, sia dal punto di vista del materiale sia da quello delle dimensioni nominali.
Il materiale da impiegare per le tubature di questo genere di impianti può essere di vario tipo, ad esempio in acciaio, in calcestruzzo, in PVC, in resina poliestere… genericamente, il calcestruzzo non viene mai usato perché la sua scabrezza molto alta genera perdite di ca- rico eccessive e quindi viene sempre scartato, anche per la pesantezza, per la difficoltà di montaggio e per la tendenza a corrodersi; resta comunque il materiale principalmente uti- lizzato per gli scarichi fognari perché molto economico e resistente, e sarà perciò utilizzato per il condotto di sghiaiatura e desabbiatura. I materiali metallici come acciaio od altre le- ghe vengono utilizzate soprattutto dove sono richieste capacità meccaniche altrimenti non ottenibili, come nel caso della diga di Quarto con la tubatura sospesa che costeggia il crina- le della collina; sicuramente il rapporto peso/resistenza è a favore di questi materiali. Le resine polimeriche sono gli ultimi ritrovati in fatto di trasporto dell‟acqua, ed i tubi così costruiti vengono progettati per prestazioni a gravità, dove cioè non vi sono sovrappressio- ni, oppure per l‟utilizzo con più atmosfere; i punti di forza sono la leggerezza e la superfi- cie a specchio presentata dall‟interno di tali tubazioni, nonché la totale assenza di manu- tenzione. Nel contesto in esame la scelta migliore è sicuramente il prodotto della ditta Ho- bas, un tubo composto da una resina poliestere insatura rinforzata con fibra di vetro e mate- riali inerti, elementi che svolgono i seguenti compiti:
è richiesta la più bassa perdita di carico possibile essendo minimo il dislivel- lo, e la scabrezza irrisoria della superficie interna di tali tubazioni, ottenuta grazie alla forza centrifuga conferita durante l‟applicazione della resina, è la giusta soluzione a questa problematica;
la resina ricoprente gli altri elementi di rinforzo è scelta del tipo corretto per resistere alle varie condizioni di corrosione, per cui in questo caso si posso- no scegliere tipologie più economiche essendo acqua il fluido trasportato;
la fibra di vetro in spezzoni (con diametri da 10 a 20 [μm]) aumenta la resi- stenza a flessione e trazione, diminuendo il rischio di rotture accidentali o dovute a stress durante l‟esercizio;
i materiali inerti sono adatti ad assorbire le sollecitazioni di compressione, quindi vengono adoperati nella parte della tubazione atta a questo tipo di sforzo e che la rende adatta a impieghi “a gravità” anche interrati;
rugosità interna ≤ 0,015 [mm];
insensibilità a gelo e ad alte temperature (critiche per i materiali metallici);
resistenza a carichi statici;
resistenza chimica;
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dati i grandi diametri, tubature di altro materiale avrebbero richiesto partico- lari strutture poiché pesanti esse stesse; la resina poliestere rimane comun- que relativamente leggera (2.000 [kg/m3], contro le 8 tonnellate dell‟acciaio);
nonostante un costo d‟acquisto elevato, sono le migliori tubazioni in circo- lazione.
Per l‟impiego desiderato, si è scelta una tubazione SN10000, avente una rigidezza di 10 [MPa] secondo la normativa ISO. La classe di pressione è PN1, dato che l‟applicazione è “a gravità” e non si sorpassano i dieci metri di dislivello che porterebbero a valori di pres- sione maggiori di un bar con valvole chiuse.
L‟ingegner Massari ha messo a disposizione del sottoscritto un saggio del tubo costruito con resina poliestere.
La foto mostra la sezione di uno spezzone di tubo, a sinistra è posta la parte interna e a de- stra quella esterna:
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