Turbina Pelton
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La Turbina Pelton fu inventata da Lester Allan Pelton, carpentiere, nel 1879 mentre lavorava in California, e risulta essere ancora oggi la turbina con rendimento piu elevato. E' utilizzata per grandi salti (maggiori di 50 m) e piccole portate (inferiori a 50 m³/s), si utilizza quindi solitamente per i bacini idroelettrici alpini.
L'energia potenziale dell'acqua (U = mgh) accumulata ad elevate altitudini giunge alla turbina tramite dei "condotti forzati" (grosse tubature) che conducono l'acqua a valle. Un ugello (o piu' di uno) indirizzano l'acqua sulle pale della Pelton determinandone la rotazione. L'ugello grazie alla sua forma trasforma in energia cinetica (E = 1 / 2mv2) tutta la pressione contenuta sui condotti, così il getto sulla turbina non sarà in pressione: proprio per questo la turbina Pelton è una turbina ad azione (vedi stadi ad azione).
La forma delle pale è quella di due cucchiai appaiati, tra i quali si trova un tagliante che divide a metà il getto, per farlo uscire ai lati sotto forma di due getti separati e equilibrare la spinta sui due lati della turbina.
Il flusso di acqua in uscita dall'ugello viene deviato di circa 180° dalle pale della turbina, che, come conseguenza, subiscono una spinta (verso l'alto nel disegno) come reazione alla deviazione del flusso stesso. Tale spinta è pari a:
dove: Q = portata, Vu = componente tangenziale della velocità in uscita, Vi = componente tangenziale della velocità in ingresso.
Le pale "in presa", contribuenti alla rotazione poiché contengono acqua, sono sempre più di una, questo è necessario per avere regolarità nella spinta.
Un aspetto da non trascurare è il diametro della girante: più è grande, minore sarà la velocità di rotazione ω,
ove: u è la velocità tangenziale , D il diametro della girante
una girante lenta è poco apprezzata su di una centrale idroelettrica, poiché fa aumentare i costi a parità di energia prodotta.
[modifica] Caratteristiche
La massima spinta avviene a girante ferma, ovvero quando la differenza tra la velocità del getto e della girante è più grande, quindi una caratteristica positiva di questo tipo di turbina è avere un transitorio di avviamento molto breve.
Un altro aspetto particolarmente apprezzato è l'ampio margine di regolazione della girante, si può regolare la portata del getto, riducendolo in sezione (quindi ottenere una potenza minore), senza che vada ad influire negativamente sul rendimento della trasformazione energetica. La regolazione della sezione avviene mediante una spina (ago doble) che scorrendo orizzontalmente va ad ostruire tutta la sezione del getto o parte di essa. Dato che la regolazione mediante ago non può essere improvvisa, in modo da evitare colpi d'ariete indesiderati, un altro strumento utile in regolazione è il tegolo deviatore che intercetta parte del flusso in uscita dall'ugello, deviandolo.
I salti su cui si impiegano le turbine Pelton vanno generalmente dai 1400m fino anche ai 300m: ovviamente l'architettura della girante tra i due estremi varierà abbastanza. Man mano che il salto decresce, cioè scendendo a valle, si ha un bacino di raccolta maggiore con conseguenti portate più impegnative. Per far fronte a questo fenomeno è necessario impiegare Pelton con cucchiai più grandi oppure suddividere il getto in più parti, così da avere la Pelton poligetto. Questa seconda soluzione permette di utilizzare giranti più piccole di diametro e quindi che ruotano più velocemente.
Un difetto intrinseco di questa turbina è il fatto che una parte del salto va sempre perso. La girante, non potendo essere immersa nel canale di scarico, viene mantenuta sollevata rispetto al pelo dell'acqua libera, e quindi una quota del salto - maggiore del suo raggio - è persa.
