Impianto idroelettrico sul Torrente Fosso San Giovanni e sul torrente Fiumara del Pegno INDICE

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2 INDICE 1.0 Premessa pag Cenni morfologici, climatologici e geologici pag Morfologia e climatologia pag Geologia pag Inquadramento geologico strutturale regionale pag I sedimenti continentali quaternari del bacino del Mercure-Lao pag Morfologia dei luoghi pag Lineamenti idrogeologici. Permeabilità. pag Inquadramento geologico strutturale delle direttrici dell impianto pag Fosso S. Giovanni pag Fiumara del Pegno pag Vasca di carico Centrale di produzione pag Curva di durata delle portate alla sezione di presa pag Il Deflusso Minimo Vitale pag Determinazione delle portate al colmo di piena pag Applicazione ai sottobacini del Fiume Lao pag Descrizione delle opere da realizzare pag Opere di presa e condotta forzata pag Edificio centrale ospitante il macchinario elettro-idraulico pag Canale di scarico pag Salto utile e misurazione delle portate pag Macchinario Elettrico ed Idraulico di generazione pag Calcolo della potenza pag Energia prodotta pag Opere di mitigazione e ripristino ambientale pag Conclusioni pag Bibliografia pag. 37 ALLEGATI: I Piano Economico e Finanziario dell Opera pag. 39 II Relazione sui calcoli idraulici pag. 42 III Specifiche Tecniche Macchine ed Impianti pag. 64 IV Schede dei Misuratori di Portata pag. 74 Relazione Tecnica Generale Pagina 1 di 78

3 1.0 PREMESSA La presente relazione tecnica generale è parte integrante del progetto delle opere per la realizzazione di un impianto idroelettrico che interessa due corsi d acqua: Fosso S. Giovanni e Fiumara del Pegno Entrambe le opere di presa ricadono interamente nel Comune di Castelluccio Inferiore (PZ), Il bacini imbriferi sottesi alle due opere di presa, rappresentati nella figura sottostante, presentano un estensione pari a 2.59 kmq per il Fosso S. Giovanni e kmq per la Fiumara del Pegno. Relazione Tecnica Generale Pagina 2 di 78

4 OPERE DI PRESA FOSSO S. GIOVANNI OPERE DI PRESA FIUMARA DEL PEGNO Fig. 1.0_1 - Bacini imbriferi sottesi alle opere di presa Relazione Tecnica Generale Pagina 3 di 78

5 Le opere di derivazione sono posizionate in sinistra idraulica alla quota rispettivamente di: 423,75m s.l.m per il Fosso S. Giovanni; 432,03 m s.l.m per la Fiumara del Pegno con restituzione, nell alveo del Fosso S. Giovanni ed in sinistra idraulica, ad una quota di circa 314,00 m s.l.m. Le derivazione avvengono mediante un opera di presa del tipo a trappola, ossia, le acque, intercettate da apposite griglie fissate sul canale di presa, sono convogliate, tramite canale derivatore, nel sistema dissabbiatore vasca di raccolta. Dalla vasca di raccolta di ciascuna presa, le portate derivate vengono convogliate in una unica vasca di carico posta in una posizione tale da assicurare il deflusso in essa delle portate derivate dalle due distinte opere di presa. Da essa, poi, attraverso la condotta forzata, vengono alimentate le macchine idrauliche poste nell edificio centrale di produzione posizionato a valle. La restituzione delle acque avviene a mezzo di un canale di scarico che reimmette le acque turbinate nell alveo dell asta idraulica del Fosso S. Giovanni. Le opere di presa sono posizionate: Fosso S. Giovanni ad una quota di 423,75 m s.l.m. le cui coordinate GAUSS- BOAGA sono: Coordinate Opere di presa Riferite al centro della griglia FUSO EST Riferite al punto di prelievo dell acqua FUSO EST G-B EST G-B NORD G-B EST G-B NORD , , , ,49 Tab. 1.1 Coordinate dell opera di presa sul Fosso S. Giovanni. Fiumara del Pegno ad una quota di 432,03m s.l.m. le cui coordinate GAUSS- BOAGA sono: Coordinate Opere di presa Riferite al centro della griglia FUSO EST Riferite al punto di prelievo dell acqua FUSO EST G-B EST G-B NORD G-B EST G-B NORD , , , ,49 Tab. 1.2 Coordinate dell opera di presa sulla Fiumara del Pegno. Relazione Tecnica Generale Pagina 4 di 78

6 La trasformazione dal sistema Gauss - Boaga Fuso Est a coordinate U. T. M. Fuso 33 è ottenuta impiegando i seguenti fattori di passaggio: DE = DN = 186 La cartografia regionale in cui l area ricade è identificata dagli elementi e (1:5.000) Gauss - Boaga Fuso Est. Le figure 1.0_2 ed 1.0_3 seguenti riportano, su carta corografica e su foto aerea, rispettivamente, l ubicazione delle opere di presa e della centrale di produzione. Nei successivi paragrafi vengono riportati cenni morfologici, geologici e climatologici dell area d interesse, la sintesi dello studio condotto sulle portate derivabili, gli eventi di piena più gravosi, il macchinario occorrente alla produzione. Relazione Tecnica Generale Pagina 5 di 78

7 Opere di Presa S. Giovanni Centrale di Produzione Opere di Presa Fiumara del Pegno Fig. 1.0_2 - Ubicazione delle opere di presa e della centrale di produzione. Relazione Tecnica Generale Pagina 6 di 78

8 Opere di Presa S. Giovanni Opere di Presa Fiumara del Pegno Vasca di carico Centrale di Produzione Fig. 1.0_3 - Ubicazione dell opera di presa e della centrale di produzione. Relazione Tecnica Generale Pagina 7 di 78

9 2.0 CENNI MORFOLOGICI, CLIMATOLOGICI E GEOLOGICI 2.1 MORFOLOGIA E CLIMATOLOGIA Il bacino del Lao ricade, in parte, in Basilicata nella provincia di Potenza e in parte in Calabria nella provincia di Cosenza. La zona è delimitata dallo spartiacque tra il bacino del Lao e quello dell Abatemarco, dallo spartiacque appenninico che dal Cozzo del Pellegrino raggiunge la Serra Vespa (quota 1607m), il Timpone Scifarello (quota 1767 m) e la Coppola di Paolo (quota 1908 m) e termina sul Monte Grattaculo (quota 1835 m); da qui, il limite, discende al Passo Croce (quota 883 m) e che risale poi al Monte Zaccana (quota 1579 m), sullo spartiacque Noce Sinni. La zona è prettamente montuosa; le aree pianeggianti sono ridotte a fasce litoranee, alla foce del Lao e all altopiano di Campotenese. La zona è costituita prevalentemente dalla gran massa mesozoica del sistema calabro-lucano; su questa si poggiano formazioni dell Eocene e del Quaternario nella vallata del corso d acqua e nelle pianure litoranee. Le dolomie Mesozoiche e le formazioni dei calcari dolomitici, calcari grigi, calcari scistosi e marmorei del Trias superiore; il Trias medio affiora solo in territorio lucano. Di minore sviluppo areale sono le formazioni mesozoiche del Lias, costituite da calcari del Cretaceo che, assumono notevole importanza, poiché gli acquiferi in essi localizzati alimentano le sorgenti più importanti. I calcari del Cretaceo affiorano principalmente nell alto bacino del Lao, dal Monte Grattaculo. Su di essi, poggiano, spesso in successione stratigrafica le formazioni dell Eocene, costituite da scisti argillosi e calcari nummulitici, che si rinvengono diffusamente al confine meridionale della zona fino a S. Domenica Talao e a S. Nicola Arcella. Il quaternario marino affiora sulle colline terminali della valle del Lao; più importante è il quaternario lacustre, costituito da detriti calcarei, sabbie e conglomerati più o meno argillosi, che caratterizzano le aree di Campotenese, l alta valle del Lao e a monte di Laino Borgo. Il F. Lao ha portate perenni notevoli in gran parte dovute alle copiose sorgenti localizzate nel bacino rispettivo. Depositi alluvionali estesi e di consistente spessore sono presenti sul fondo valle per circa 6 km a monte della pianura, delimitati da affioramenti sabbioso-conglomeratici pleistocenici. La falda contenuta nei depositi alluvionali, alimentata dai deflussi superficiali derivanti principalmente dai versanti settentrionali del bacino dove affiorano i terreni carbonatici e dai quali scaturiscono sorgenti di portata consistente, defluisce verso la costa con valore del gradiente idraulico dell ordine dell 1% lungo la valle del fiume Lao e dello 0,3% nell area pianeggiante. la ricarica oltre che dalle precipitazioni meteoriche dirette, è costituita quindi dai deflussi superficiali, alimentati dalle acque sorgentizie che si riversano nell alveo del Fiume Lao. Il Lao ha origine dal Monte Grattaculo, dalle pendici lucane dal quale si diparte in due rami, denominati Ciurlamanno e Jofile. Relazione Tecnica Generale Pagina 8 di 78

10 Un esame esaustivo sulle caratteristiche del suolo costituente il bacino è riportato alla Relazione Geologica allegata al presente progetto, cui si rimanda per i necessari approfondimenti. Le caratteristiche fisiche del bacino interessato vengono indagate al fine di caratterizzarne la permeabilità e le condizioni idrologiche dei suoli, fortemente influenzati anche dalla loro destinazione d uso. L idrografia superficiale ha uno sviluppo variabile con reticolo ramificato costituito da un cospicuo numero di affluenti. Il fiume Lao ha una considerevole portata media annua, conseguenza del notevole afflusso meteorico. La morfologia del bacino imbrifero principale e dei sottobacini fa sì che, nella parte apicale, vi sia una fitta rete idrografica secondaria caratterizzata da pendenze considerevoli e tempi di corrivazione piccoli cui corrisponde una notevole energia cinetica; fonti di significativi fenomeni di erosione e trasporto solido e consequenziale destabilizzazione dei versanti per scalzamento al piede. All interno della zona di indagine ricade una stazione pluviometrica del Servizio Idrografico Italiano (SII), oggi Servizio Idrografico e Mareografico Nazionale (SIMN). BACINO STAZIONE Codice Tipo di apparecchio Quota (m s.l.m.) Anni di oss. Noce Castelluccio Inf.re 13 P Tab. 2.1_1 - Caratteristiche della stazione pluviometrica del SIMN presente nell area di studio. PLUVIOMETRO AREA (kmq) MEDIA ANNUALE (mm/anno) Castelluccio Inf.re Tab. 2.1_2 - Stima dell afflusso meteorico medio annuale. Nell area a valle della zona indagata è presente una sezione di misura idrometrica del SIMN per la quale sono disponibili dati di portata a diversa scala di aggregazione temporale. Per tale sezione sono state considerate le serie complete delle portate medie giornaliere pubblicate sugli Annali Idrologici, parte II, della sezione di Catanzaro. Il numero di dati, gli afflussi e i deflussi medi annui e le caratteristiche di lunghezza e continuità delle serie giornaliere dei dati idrometrici, sono desumibili dalle tabelle seguenti. Relazione Tecnica Generale Pagina 9 di 78

11 SEZIONE area (kmq) altitudine media (m slm) zero idrometrico (m slm) distanza dalla foce (km) LAO A PIÈ DI BORGO Tab. 2.1_3 - Caratteristiche delle sezioni utilizzate dal SIMN per le misure di portata. SEZIONE area (kmq) numero dei dati A m (mm) D m (mm) LAO A PIÈ DI BORGO Tab. 2.1_4 - Numero di dati delle serie dei deflussi nell anno idrologico, afflusso medio annuo Am e deflusso medio annuo Dm delle sezioni utilizzate dal SIMN per le misure di portata. La presenza della stazione pluviometrica di Castelluccio Inferiore è risultata utile per definire la precipitazione media annuale che investe l area. Questo approccio ha portato a stimare la pioggia media annuale sui bacini sottesi alle due opere di presa. È opportuno sottolineare che il contributo di portata, valutato per il Fosso S. Giovanni, che drena un area relativamente piccola, convoglia portate dell ordine dei 300 l/s in quanto ricca di sorgenti che sgorgano come polle dal letto del fosso. Il dato di portata è stato dedotto dallo Studio di Giampiero D ECCLESIIS e Maurizio POLEMIO C.N.R. C.E.R.I.S.T. c/o Istituto di Geologia Applicata e Geotecnica, Politecnico di Bari e dalle informazioni fornite dall Acquedotto Lucano; quest ultimo preleva acqua ad uso potabile da sorgenti captate a monte dell impianto. L impianto in progetto sarà dimensionato facendo riferimento alle caratteristiche statistiche dei deflussi relativi ai due bacini considerati considerando l analogia idrologica rispetto ai dati registrati a Lao Piè di Borgo. 2.2 GEOLOGIA Inquadramento geologico strutturale regionale L area di interesse, ad uno sguardo geologico geomorfologico d insieme, non restringendo l investigazione al solo settore in cui sarà posizionato l intervento, i cui dettagli verranno in appresso specificati, occupa la porzione centrale del, citato, Bacino del Fiume Mercure Lao, individuato da una ampia depressione tettonica che interrompe la continuità della Catena del Pollino, essendo in posizione intermedia tra quest ultima, ad Est, e i Monti di Lauria ad Ovest. Gli studi più recenti per questo settore dell Appennino Meridionale sono quelli condotti da Schiattarella (1994) ed hanno definito l intero bacino del tipo pull apart, individuato dallo sbarramento tettonico dell alta valle del Fiume Sinni ed il suo svuotamento Relazione Tecnica Generale Pagina 10 di 78

12 per l erosione della soglia, ad opera del Fiume Mercure Lao, in corrispondenza della forra nel Comune di Laino Borgo. Pertanto si differenziano le successioni massicce bordiere dai depositi continentali del centro del bacino. L area ricade nei Foglio n 211 Sant Arcangelo e n 221 Castrovillari della Carta Geologica d Italia alla scala 1: (di seguito gli stralci adattato alla pagina). Relazione Tecnica Generale Pagina 11 di 78

13 I SEDIMENTI CONTINENTALI QUATERNARI del BACINO del MERCURE LAO. La depressione strutturale del Bacino del Mercure Lao, è colmata per la quasi totalità da sedimenti di origine fluvio lacustre e, marginalmente, da brecce di versante e depositi conoidali fortemente eteropici. All interno dei depositi continentali si differenziano sedimenti pre lacustri, fluvio lacustri e post lacustri. I sedimenti pre lacustri affiorano lungo la fascia pedemontana dei rilievi; si presentano in tipica facies di brecce di versante, a spigoli vivi, eterometriche nei clasti immersi in matrice sabbioso argillosa (Sab). I sedimenti fluvio lacustri, morfologicamente sono disposti all interno di ampie conoidi alluvionali, e rappresentano i prodotti dell alterazione dei rilievi calcareo dolomitici, trasportati e depositati al centro della depressione; sono costituiti essenzialmente da ghiaie più o meno grossolane, cementate e non (CogSab) I depositi lacustri in senso stretto sono costituiti da argille e marne lacustri, disposte in lenti, ed affiorano nella parte settentrionale ed orientale del bacino. Il SUBSTRATO PRE QUATERNARIO è costituito da una successione di terreni mesozoici che si differenziano sensibilmente nella composizione petrologica e per età, attribuiti alle Unità Stratigrafico strutturali che compongono, essenzialmente i Monti di Lauria e la Catena del Pollino. Queste ultime si ritrovano a distanza considerevole dalle direttrici dell impianto, quindi tali da non interagire minimamente con lo stesso; pertanto si rimanda alla letteratura per la definizione di tutti gli aspetti geologico strutturali. Le prime sono costituite da unità carbonatiche che affiorano con una giacitura monoclinalica. I termini più antichi, di età mesozoica, sono rappresentati da calcari, calcari dolomitici e e dolomie ben stratificate, che verso l alto passano a calcilutitici e calcari oolitici (Dol) Al di sopra dei terreni carbonatici poggiano, per sovrascorrimento i termini flyschoidi appartenenti alle Unità del Flysch Calabro Lucano e del Frido. In ogni caso si ribadisce che i terreni interessati direttamente dall impianto nel suo intero sviluppo sono quelli continentali quaternari del Bacino del Mercure - Lao. Relazione Tecnica Generale Pagina 12 di 78

14 2. 3 MORFOLOGIA dei LUOGHI. Tenendo conto anche degli elementi che emergono dal rilevamento geomorfologico a grande scala effettuato sui luoghi di interesse, così come vengono riportati nell elaborato Carta Geomorfologica, allegato separatamente allo studio, è possibile distinguere una serie di evidenze che si colgono sul terreno. L intero bacino rappresenta una depressione colmata dai depositi continentali precedentemente descritta. Il limite settentrionale del bacino, nell area in esame è rappresentato dal versante subverticale che domina l agglomerato urbano del Comune di Castelluccio Inferiore e lungo il quale è abbarbicato il Comune di Castelluccio Superiore. Il versante, sia morfologicamente che tettonicamente, corrisponde ad una scarpata di faglia, ancora attiva sismicamente; infatti essa è da considerarsi quale vicariante della struttura maggiore rappresentata dalla lineazione Galdo Pollino. L evoluzione morfologica oggi è limitata alla produzione di detriti calcarei eterometrici disposti sotto forma di falda alla base del versante. I depositi continentali sono morfologicamente disposti sotto forma di conoidi alluvionali che si spingono all interno del bacino stesso e che ricoprono i depositi più fini e di genesi più direttamente lacustre. Si presentano quindi sotto forma di dorsali allungate in senso longitudinale allo stesso, separate le une dalle altre dai corsi d acqua, che nel loro fluire, con la continua opera di erosione ed approfondimento, le hanno dissecate. L evoluzione dei fianchi delle stesse ne provoca lo svasamento. Esse si presentano con una morfologia dei versanti tipicamente a V, più o meno acclivi a seconda del maggiore o minore grado di cementazione degli ammassi e della loro composizione litologica e tessiturale. In ogni caso, stante la articolazione del progetto in due direttrici, ulteriori considerazioni circa la morfometria e la morfoevoluzione dei luoghi verranno riportate per ogni singolo ramo, ai paragrafi successivi. 2.4 LINEAMENTI IDROGEOLOGICI. PERMEABILITA. Idrogeologicamente i terreni presentano gradi di permeabilità diversi e variabili all interno delle stesse formazioni. Gli assetti geologico strutturali e sedimentologici descritti, condizionano la circolazione idrica subsuperficiale. Relazione Tecnica Generale Pagina 13 di 78

15 Nel Comune di Castelluccio Inf, sono presenti numerose scaturigini sorgentizie di portata anche notevole, la maggior parte delle quali captate per scopi potabili. A grande scala l emergenza avviene per il crearsi di soglie di permeabilità sovrimposta tramite il contatto tra il Complesso Continentale (CC) che tampona il Complesso Carbonatico (CCa) La permeabilità del Complesso Continentale è estremamente variabile per le forti eteropie di facies dell ammasso, ma esso non può considerarsi impermeabile; pertanto lo stesso sovente drena la falda presente nel Complesso Carbonatico, in maniera tale che la sorgente reale molto spesso non coincide con la sorgente geologica. All interno dello stesso Complesso Continentale è presente una circolazione idrica subsuperficiale in quegli spessori più prettamente conglomeratici, permeabili, sostenuta da livelli argillosi, impermeabili INQUADRAMENTO GEOLOGICO STRUTTURALE delle DIRETTRICI dell IMPIANTO FOSSO S. GIOVANNI. L opera di presa sul Fosso S. Giovanni e posizionata ad una altezza di circa 424mt s.l.m. Fino al Vertice V18 Vr, la condotta adduttrice corre in sinistra orografica lungo il fianco dell invaso, che disseca la dorsale morfologica che separa il Fosso S. Giovanni dalla Fiumara del Pegno. I terreni interessati sono sempre quelli delle successioni fluvio lacustri continentali del centro della depressione. Dal Vertice V18 Vr e fino alla vasca di carico l opera risale dapprima trasversalmente la dorsale per poi rettilinearizzarsi in corrispondenza della sommità della stessa. E da specificare che questo tratto della condotta di adduzione è il solo settore che interessa un settore perimetrato sulle Tavv. N e , del Piano Stralcio per la Difesa dal Rischio Idrogeologico dell Autorità di Bacino della Calabria. Nello specifico, sulle Tavole il tratto in esame viene riportato quale scarpata in erosione. Seppure si può essere in accordo con quanto riportato nella perimetrazione, è da specificare che le modalità di intervento non saranno tali da incidere in modo negativo sulla dinamica dei versanti, atteso che lo stesso cinematismo non può dare evoluzioni in maniera parossistica e in modo uniformemente diffuso. Relazione Tecnica Generale Pagina 14 di 78

16 Inoltre, a opera ultimata, nell alveo sarà presente solamente il DMV, quindi un quantitativo di acqua da non avere un potere erosionale tale da causare scoscendimenti del fianco della vallecola in seguito all approfondimento della lama d acqua, molto limitato nella capacità FIUMARA del PEGNO L opera di presa sulla Fiumara del Pegno è posizionata ad una altezza di circa 432mt s.l.m., in un punto in cui la valle è ampiamente svasata soprattutto in corrispondenza del settore di sinistra orografica. Fino al vertice 64, la condotta segue pressochè fedelmente il tracciato dell alveo fluviale, disponendosi lungo il fianco della dorsale alla cui sommità è il tracciato della Strada Provinciale n 4. Le pendenze dei fianchi della valle sono modeste, mai accentuate, indice della presenza delle successioni continentali più fini, tipicamente lacustri, come del resto è immaginabile per il posizionarsi di questo settore in una zona mediana della depressione. Dal Vertice 64 al Vertice 88 la condotta taglia trasversalmente in cresta la dorsale, anche per aggirare una forra probabilmente individuata dalla presenza di successioni a tessitura più massiccia. Infine con le stesse modalità di posizionamento essa confluisce nella vasca di carico VASCA di CARICO CENTRALE di PRODUZIONE I circa 800 m di distanza dalla vasca di carico all area in cui verrà allocata la Centrale di Produzione corrono interamente in posizione di cresta della dorsale sulla quale insisteranno le due opere. La condotta forzata adatterà il suo tracciato alla morfologia dei luoghi che presentano, in special modo nella porzione terminale una serie di gradini morfologici, che contribuiscono ad incrementare il salto geodetico. I tagli verranno operati tutti longitudinalmente alla dorsale e quindi non incideranno sulla stabilità dei luoghi. Le strutture di fondazione della Centrale interagiranno direttamente con i depositi detritici e fluvio lacustri del centro della depressione che verranno successivamente caratterizzati geotecnicamente e dal punto di vista della risposta simica locale. Relazione Tecnica Generale Pagina 15 di 78

17 3.0 CURVA DI DURATA DELLE PORTATE ALLA SEZIONE DI PRESA La curva di durata delle portate defluenti alle due sezioni di presa è stata dedotta avvalendosi delle pubblicazioni del S.I.I. (si rimanda, in proposito, alla Relazione Idrologica). I deflussi della stagione secca risultano molto variabili da un anno all'altro ed il loro valore medio (dm) tende, in generale, ad essere fortemente correlato con il valore medio annuo (Dm), osservato ovviamente nella stessa sezione del corso d'acqua. Sulla base delle registrazioni degli afflussi giornalieri registrati è stato possibile valutare il deflusso annuale ed il deflusso minimo annuale secondo la formulazione proposta da Rossi (1987). I risultati di tali elaborazioni sono riportati in tabella seguente. Bacino Area (Kmq) Deflusso annuale (mm/anno) Deflusso annuale (mc/sec) Dm (mm) Deflusso minimo annuale (mc/sec) Fosso S. Giovanni Fiumara del Pegno Tab. 3.0_1 Elaborazioni dei deflussi secondo la formulazione proposta da Rossi (1987). Sulla scorta di tali considerazioni sono stati dedotti i valori di riferimento delle portate medie mensili e della curva di durata relativamente ai bacini considerati; in riferimento a quest ultima, di seguito, si riporta uno specchietto riepilogativo delle portate stimate alle diverse durate. Fosso S. Giovanni Tab. 3.0_2A Valori delle portate in mc/s alle diverse durate. Durate Portata (mc/s) Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Relazione Tecnica Generale Pagina 16 di 78

18 Fiumara del Pegno Tab. 3.0_2B Valori delle portate in mc/s alle diverse durate. Durate Portata (mc/s) Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Analogamente si è proceduto per la stima delle portate medie mensili, come mostrate nella tabella seguente. Fosso S. Giovanni Per la presenza nel bacino del Fosso S. Giovanni di cospicue sorgenti, la portata Q in alveo può considerarsi somma di una portata superficiale Q, dovuta ad acque di pioggia che affluiscono alla rete idrografica scorrendo sempre in superficie o sottoforma di deflusso ipodermico e di una portata sorgentizia Q, dovuta ad acque provenienti da sorgenti che affiorano nel bacino a monte o ad acque di falda comunque drenate dalla rete. Nel caso specifico, al Fosso in esame affluiscono le acque di pioggia che scorrono sempre in superficie o sottoforma di deflusso ipodermico e le acque che scaturiscono dalle sorgenti che riversano la portata parzialmente nell alveo del Fosso e parzialmente, tali acque sorgive si raccolgono in vasche, addossate alla parete di scaturigine, per uso potabile. Qui di seguito è riportata una tabella riassuntiva circa le portate di alcune tra le principali scaturigini della Basilicata, estrapolata dallo Studio di Giampiero D ECCLESIIS e Maurizio POLEMIO C.N.R. C.E.R.I.S.T. c/o Istituto di Geologia Applicata e Geotecnica, Politecnico, Bari. Relazione Tecnica Generale Pagina 17 di 78

19 Qui di seguito sarà valutato, mediante analogia idrologica, il contributo della Q per il Fosso S. Giovanni. Mesi Portata Q (mc/s) Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 3.0_3 A Valori delle portate medie mensili in mc/s, intese come Q di ruscellamento superficiale Fiumara del Pegno Mesi Portata Q (mc/s) Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 3.0_3 B Valori delle portate medie mensili in mc/s. Relazione Tecnica Generale Pagina 18 di 78

20 Q curva di durata media minimo giorni Fig.3.0_1A Curva di durata per il bacino del Fosso S. Giovanni Q Curva di durata media minima giorni Fig.3.0_1B Curva di durata per il bacino della Fiumara del Pegno. Relazione Tecnica Generale Pagina 19 di 78

21 4.0 IL DEFLUSSO MINIMO VITALE Il deflusso minimo vitale è inteso come la portata istantanea da determinare in un tratto omogeneo di un corso d acqua, portata che deve garantire la salvaguardia delle caratteristiche fisiche del corpo idrico, in particolare delle sue caratteristiche idrologiche e morfologiche, delle caratteristiche chimico-fisiche delle acque (tutto ciò in linea con il D. Lgs. 152/99) e della naturale capacità di auto depurazione del corso d acqua, e delle biocenosi tipiche delle condizioni naturali. Per le sezioni in oggetto di studio, il metodo utilizzato dall Autorità di Bacino della Calabria ( che considera un DMV variabile in base alla portata in alveo) fornisce i seguenti risultati: Mesi DMV DMV Fosso S. Giovanni Fiumara del Pegno Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 4.0_1 Indicazioni sul DMV. Le portate utili per l impianto, pertanto, risultano: Fosso S. Giovanni Per tale Fosso, per quanto detto nel paragrafo precedente, le portate utili all impianto sono quelle riportate nello specchietto sottostante, considerando le portate provenienti dalle scaturigini e quelle di ruscellamento superficiale, il tutto privato delle portate captate dall acquedotto Lucano per uso potabile e depurate dal DMV. Relazione Tecnica Generale Pagina 20 di 78

22 Mesi Portata Q DMV da rilasciare Portate utili per l impianto (mc/s) (mc/s) (mc/s) Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 4.0_2 A Valori delle portate mensili utili per l impianto in mc/s. Fiumara del Pegno Mesi Portata Q DMV da rilasciare Portate utili per l impianto (mc/s) (mc/s) (mc/s) Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 4.0_2 B Valori delle portate mensili utili per l impianto in mc/s Relazione Tecnica Generale Pagina 21 di 78

23 5.0 DETERMINAZIONE DELLA PORTATA AL COLMO DI PIENA La valutazione statistica della massima portata di piena è stata affrontata in conformità ad una procedura di analisi regionale, denominata VAPI (Valutazione delle Piene), impostata su tutto il territorio nazionale dal Gruppo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche (GNDCI) del CNR. Scopo della procedura VAPI è la costruzione delle curve di distribuzione di probabilità F(x) dei massimi annui delle portate al colmo di piena (X) in ogni sito della regione indagata. Per stimare i parametri della distribuzione TCEV [Rossi et al., 1984], si è proceduto ad un analisi regionale delle massime portate al colmo, analisi che si rende necessaria essenzialmente per massimizzare il numero dei dati usati per la stima dei parametri con maggiore variabilità statistica. 5.1 APPLICAZIONE AI SOTTOBACINI DEL FIUME LAO La portata al colmo di piena è definita attraverso la procedura VAPI descritta da Claps e Fiorentino [2001]. La portata al colmo di piena può calcolarsi attraverso gli studi i- drologici presentati nello studio di sintesi VAPI-Basilicata e facendo riferimento agli a- reali omogenei individuati. Le analisi saranno eseguite con riferimento a tre sezioni caratteristiche: le due di prelievo con un area drenata di 2,59 kmq per il Fosso S. Giovanni, di 12,20 kmq per la Fiumara del Pegno e la sezione del Fosso S. Giovanni in corrispondenza della centrale di turbinaggio a cui è associata un area drenata di kmq. In considerazione dello studio di sintesi VAPI-Basilicata è possibile ricostruire il valore atteso della portata al colmo di piena mediante la formula caratterizzante la portata indice: m(q) = 5.98 A dove A rappresenta l area di drenaggio del bacino idrografico. Il fattore di crescita KT è invece determinato attraverso la seguente espressione valida per i Bacini Umidi della Basilicata (zona omogenea C) K T = LN(T) dove T rappresenta il periodo di ritorno. Il metodo proposto nella metodologia VAPI consente di valutare, attraverso una procedura semplificata, l entità di una piena con assegnato periodo di ritorno. Tale procedura è basata su uno studio di regionalizzazione svolto da Claps e Fiorentino [2001] basato sull utilizzo della distribuzione TCEV per descrivere la distribuzione di probabilità dei massimi annuali. L espressione sintetica per il calcolo della portata al colmo di piena ad assegnato periodo di ritorno è Q T = K T m(q) Relazione Tecnica Generale Pagina 22 di 78

24 Sulla base di questi elementi è possibile procedere ad una stima delle portate al colmo di piena per il bacino in esame in corrispondenza delle sezioni di prelievo dell impianto idroelettrico in progetto (tabella 5.1_1) ed in corrispondenza della sezione del Torrente Mancosa in prossimità dell opera di Turbinaggio (tabella 5.1_2). Considerata inoltre l importanza dell opera e il suo rilievo si ritiene opportuno di verificare l opera per e- venti eccezionali con periodo di ritorno di 500 anni. Fosso S. Giovanni Fiumara de Pegno T (anni) K T Q (mc/s) T (anni) K T Q (mc/s) Tab. 5.1_1 - Portate al colmo di piena calcolate mediante il metodo VAPI riferite alle sezioni alle opere di presa. T (anni) K T Q (mc/s) Tab. 5.1_2 - Portate al colmo di piena calcolate mediante il metodo VAPI riferite alla sezione del Fosso S. Giovanni in prossimità della centrale di turbinaggio. Assumendo di utilizzare un periodo di ritorno pari a 500 anni e considerato che la vita media di un opera quale è quella in progetto si aggira intorno agli 30 anni significa che stiamo assumendo che esiste una probabilità pari a che nei 30 anni la struttura possa essere inondata. La pericolosità definisce le caratteristiche del fenomeno fisico rispetto all intervallo temporale di osservazione. Essa è definita sulla base del tempo di ritorno oppure del rischio intrinseco, vale a dire la probabilità che x(tr) venga superata una o più volte in N anni: dove N è il numero di anni questo caso. 1 PN [ x( Tr)] = 1 1 Tr N di vita media della struttura, in Relazione Tecnica Generale Pagina 23 di 78

25 Tr (anni) P [x(tr)] Vita media di un edificio (N) Tab. 5.1_3 - Pericolosità assunta rispetto al periodo di ritorno dell evento di piena. 6.0 DESCRIZIONE DELLE OPERE DA REALIZZARE L impianto idroelettrico che si propone è costituito dai seguenti elementi progettuali principali: - Opere di derivazione; - Condotta in pressione; - Centrale di turbinaggio e scarico. 6.1 OPERE DI PRESA E CONDOTTA FORZATA Canale di presa a trappola Il canale di presa è realizzato in calcestruzzo cementizio armato con estensione che si sviluppa dalla destra verso la sinistra idraulica. L architettura è quella tipica delle prese mediante traversa con feritoia sub orizzontale, comunemente definite a trappola. Fosso S. Giovanni Il canale di presa posizionato a 423,75 m s.l.m. si sviluppa per complessivi 8,80 metri e, al fine di captare la portata utile, ha una larghezza netta interna di 1,00 m ed altezza utile minima di 1,20 m Fiumara del Pegno Il canale di presa posizionato a 432,03 m s.l.m. si sviluppa per complessivi 33,70 metri e, al fine di captare la portata utile, ha una larghezza netta interna di 1,00 m ed altezza utile minima di 0,90 m La figura seguente mostra, in maniera esemplificativa, il canale di presa a trappola. Relazione Tecnica Generale Pagina 24 di 78

26 Fig. 6.1_1 Esempio di canale di presa a trappola. Griglie sub orizzontali Il canale di presa è sormontato da griglie sub orizzontali, ossia da moduli di griglia di larghezza costante; tali moduli sono fissati alle estremità del canale di presa ed opportunamente inclinati di un angolo α rispetto all orizzontale. La larghezza L delle griglie sub orizzontali è funzionale alla portata da derivare, alla pendenza del fondo del fiume a monte, alle dimensioni geometriche eseguibili, all inclinazione delle stesse rispetto all orizzontale, nonché alla lunghezza complessiva del grigliato. Il calcolo della larghezza delle griglie è effettuato imponendo: La lunghezza B del grigliato, pari all estensione del canale di presa; L inclinazione α della griglia rispetto all orizzontale; Le dimensioni dello spessore s delle barre e la loro distanza a ; La portata da derivare Q. Data la portata Q da derivare si determina e si verifica, in funzione delle suddette caratteristiche, la lunghezza delle griglie. La superficie totale della griglia immersa si determina mediante la seguente formula: [6.1_a] ( a s) + S = k s Q V senα Nota la superficie totale della griglia immersa e l estensione del canale di presa è possibile determinare la lunghezza delle griglie dal rapporto Il calcolo in esame conduce ai seguenti risultati: Fosso S. Giovanni L = S / B. S 1,980 mq S=1,980mq B=3,085 m L = = = 0, 642m B 3,085m La lunghezza ottenuta, pari ad 0,642 m, viene ricondotta a 1,00 m per esigenze Relazione Tecnica Generale Pagina 25 di 78

27 commerciali. Fiumara del Pegno 13,742 mq 14,25m S=13,742mq B=14,25 m L = = = 0, 964m La lunghezza ottenuta, pari ad 0,964 m, viene ricondotta a 1,00 m per esigenze commerciali. Canale per il rilascio del DMV Per il dimensionamento del canale per il rilascio del DMV si è fatto riferimento S B all espressione seguente: Q = µ h L 2 g h Dove: il coefficiente µ è pari a 0,385 (stramazzo a parete grossa); L = lunghezza del canale; h = tirante idraulico; g = accelerazione di gravità Fosso S. Giovanni Il transito del DMV, pari a 0,169 mc/s è assicurato dai seguenti valori: L h Q m m mc/s 0,365 0,42 0,1694 Tab. 6.1_1A Geometria e parametri di dimensionamento del canale di rilascio del DMV. L altezza finita del canale, in opera, sarà di 0,42 m. Fiumara del Pegno Il transito del DMV, pari a 0,03367 mc/s è assicurato dai seguenti valori: L h Q m m mc/s 1,60 0,053 0,03367 Tab. 6.1_1B Geometria e parametri di dimensionamento del canale di rilascio del DMV. L altezza finita del canale, in opera, sarà di 0,053m. Relazione Tecnica Generale Pagina 26 di 78

28 Dissabbiatore Il canale di presa immette, tramite apposito canale derivatore, la portata utile nel dissabbiatore. Il dimensionamento del dissabbiatore è funzione del tipo di turbina idraulica da adottare. Posta pari a d la grandezza minima delle particelle da sedimentare che, nello specifico, per turbine Pelton, è compreso tra 0,2 ed 0,4 mm, si determina la velocità di sedimentazione in acqua ferma V p, in cm/s, per grani aventi peso specifico variabile tra 1,15 e 1,10 g/cmc. Secondo Sudry la velocità di sedimentazione risulta pari a circa 5 cm/s mentre, la componente verticale w della velocità di agitazione in una corrente con velocità di traslazione v, risulta (Egiazaroff): v w = 5,7 + 2,3 h La lunghezza L del dissabbiatore è determinata dalla relazione seguente: h v L = v w Nel caso in esame è stata assegnata una lunghezza minima del dissabbiatore pari a: - 5,66 m per Il Fosso S. Giovanni; tale lunghezza è stata incrementata, per necessità costruttive e, quindi, la lunghezza finale del dissabbiatore sarà di 6,00 m. - 10,37 m per la Fiumara del Pegno; tale lunghezza è stata incrementata, per necessità costruttive e, quindi, la lunghezza finale del dissabbiatore sarà di 10,50 m. Il flusso d acqua, successivamente, passa alla vasca di raccolta mediante uno stramazzo dimensionato per le portate di progetto. Le operazioni di manutenzione sono effettuate tramite le botole di servizio poste all estradosso del solaio di copertura. Lo svuotamento del dissabbiatore avviene tramite lo scarico di fondo, ghigliottinato da paratoia con comando locale e remoto. p Fig. 6.1_4 Sezione tipo del dissabbiatore e vasca di raccolta nell opera di presa. Condotta adduttrice Nelle due opere di presa, la vasca di carico è separata dal resto del sistema e posta in una posizione tale da assicurare il deflusso delle portate derivate sui due corsi d acqua, in essa. Pertanto, l acqua captata dalle griglie arriva nel canale derivatore, da Relazione Tecnica Generale Pagina 27 di 78

29 qui al dissabbiatore e da qui in una piccola vasca di raccolta da cui diparte un canale (uno per ogni opera di presa) che arriverà alla vasca di carico (vedi Elaborato 220- Planimetria generale impianto). La portata derivata da ciascuna delle opere di presa, arriva alla vasca di carico tramite un canale di forma circolare, planimetricamente di lunghezza pari a: circa 1435 m per il fosso S. Giovanni; circa 2160 m per la Fiumara del Pegno. I canali in questione saranno dimensionati a partire dall espressione valida per circuiti in moto permanente, quindi considerando il deflusso dell acqua tra due serbatoi a diverso livello (costante) collegati da una condotta, secondo l espressione: Dove: H = α U 2 /(2 g) + j x L α U 2 /(2 g) = perdite di carico concentrate, dovute all imbocco della condotta dal serbatoio da cui si alimenta e allo sbocco nel serbatoio dove arriva; α = 1,15 in quanto somma di 0,15 ( imbocco conico con Do/D = 2,00) e 1 (Sbocco a spigolo vivo); U = A = Q = g = j x L = j = L = Q/ A velocità nella tubazione; Area sezione tubazione; portata max di dimensionamento; accelerazione di gravità; perdite di carico distribuite; cadente; lunghezza condotta. Qui di seguito verrà riportata una tabella riepilogativa, per comparare le perdite di carico distribuite, calcolate secondo quattro autori. I canali saranno realizzati mediante una tubazione in PEAD a parete strutturata, il cui diametro di calcolo sarà approssimato al diametro commerciale successivo. Così facendo si avrà: Fosso S. Giovanni PERDITA DI CARICO Scabrezza Coefficiente di resistenza Cadente Perdita di carico AUTORE [-] [m] Colebrook ε [=] mm 1/λ 0,5 =-2,0xlog[2,51/(Rex(λ) 0,5 )+ε/d/3,71)] j=λ/dx[u 2 /(2xg)] Y=λ/Dx[U 2 /(2xg)] x L λ = 1.335E-02 j = Y = Bazin γ [=] m 0,5 β=0,000857(1+2γ/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 9.046E-04 j = Y = Relazione Tecnica Generale Pagina 28 di 78

30 Kutter m [=]m 0,5 β=0,000648(1+2m/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 1.052E-03 j = Y = Gaukler k [=]m 1/3 s -1 β=10,3/(k 2* D 1/3 ) j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L Strikler β = 8.827E-04 j = Y = α U 2 /(2 g) = 0,09 m Pertanto, considerando la perdita di carico secondo Colebrook si ottiene: 2,91 m + 0,09 m = 3,00 m come perdita di carico complessiva, adottando una tubazione di diametro interno 532,00 mm, corrispondente ad un diametro esterno, commerciale, Φ 630 mm per una condotta di lunghezza pari a 1435,00 m. Fiumara del Pegno PERDITA DI CARICO Scabrezza Coefficiente di resistenza Cadente Perdita di carico AUTORE [-] [m] Colebrook ε [=] mm 1/λ 0,5 =-2,0xlog[2,51/(Rex(λ) 0,5 )+ε/d/3,71)] j=λ/dx[u 2 /(2xg)] Y=λ/Dx[U 2 /(2xg)] x L λ = 1.258E-02 j = Y = Bazin γ [=] m 0,5 β=0,000857(1+2γ/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 8.993E-04 j = Y = Kutter m [=]m 0,5 β=0,000648(1+2m/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 1.002E-03 j = Y = Gaukler k [=]m 1/3 s -1 β=10,3/(k 2* D 1/3 ) j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L Strikler β = 8.162E-04 j = Y = α U 2 /(2 g) = 0,12 m Pertanto, considerando la perdita di carico secondo Colebrook si ottiene: 4,06 m + 0,12 m = 4,18 m come perdita di carico complessiva, adottando una tubazione di diametro interno 673,00mm, corrispondente ad un diametro esterno, commerciale, Φ800 per una condotta di lunghezza pari a 2160,00 m. Vasca di Carico La vasca di carico è ubicata in una posizione tale da garantire il deflusso dell acqua in essa dalle due vasche di raccolta e ha dimensioni tali da ospitare le due portate in arrivo (0,50+0,28) mc/s, portate corrispondenti alle Q60 private del DMV, + una portata prudenziale di 0.38 mc/s. Pertanto la portata massima di dimensionamento risulta pari a 1,16 mc/s = (0,50 + 0,28 +0,38 mc/s). Il sistema vasca di carico è composto da due vasche: una prima dove arrivano e sversano le relative portate le due distinte condotte adduttrici e una seconda, divisa dalla prima da uno stramazzo, avente la funzione di vasca di carico vera e propria. Questa distinzione è stata resa necessaria anche dall esigenza di posizionare un misuratore di portata, nella vasca di carico, in condizioni di relativa calma del pelo libero del tirante idraulico al fine di facilitare la misura e registrazione delle portate da turbinare. Relazione Tecnica Generale Pagina 29 di 78

31 Il volume della vasca di carico, pari ad 144,00 mc, è condizionato sia dalla differenza dei tempi di arrivo dell acqua in vasca dalle due opere di presa, sia dalla tempistica, in progressivo, necessaria per equalizzare gli afflussi alla turbina idraulica. Le dimensioni utili della vasca di carico, in pianta, sono 6,00 m x 6,00 m, con un altezza di contenimento di 4,00 m, a tali dimensioni si aggiungono gli spessori tecnici idraulici e statici delle strutture portanti; tale altezza corrisponde anche alla quota dello sfioratore di superficie, previsto in numero di uno, il cui scopo è quello di smaltire le portate in esubero. L altezza effettiva interna della vasca di carico è pari a 5,00 m con un franco di sicurezza di 1,00 m rispetto all altezza di contenimento fissata in 4,00 m. Le operazioni di manutenzione possono essere effettuate tramite le botole di servizio; lo svuotamento della vasca avviene a mezzo degli scarichi di fondo che, opportunamente dimensionati e protetti da paratoia, sono posti rispettivamente alla base, sia nella zona di arrivo della portata dalle due adduttrici, sia nella zona adibita a vasca di carico vera e propria. Gli scarichi di fondo e lo sfioratore convogliano le portate in esubero nell alveo del Fosso S. Giovanni, tramite opportuno canale di sfioro. Le dimensioni delle opere sono riportate negli elaborati grafici che compongono la documentazione progettuale. La quota massima del livello d acqua nella vasca di carico è pari a 414,00 m s.l.m. Condotta Forzata La condotta forzata collega la vasca di carico con le macchine idrauliche; la quota di partenza dell asse condotta è pari a 410,79 m s.l.m. e la quota di arrivo dell asse condotta è pari a 319,60 m s.l.m. Tale condotta è realizzata con tubazioni in Poliestere Rinforzato con Fibre di Vetro (P.R.F.V.) del diametro φ 800. Lo sviluppo, pari a 782,42 m, il cui andamento è caratterizzato da singolarità plano - altimetriche, determina la presenza di vertici, eventualmente presidiati da blocchi d ancoraggio, meglio definiti, se occorrenti, in fase esecutiva. 6.2 EDIFICIO CENTRALE OSPITANTE IL MACCHINARIO ELETTRO-IDRAULICO L edificio, realizzato in calcestruzzo cementizio armato è localizzato alla confluenza della Fiumara del Pegno con il Fosso S. Giovanni, in destra idraulica della Fiumara del Pegno, ed è articolato spazialmente su tre livelli. I primi due al disotto del piano campagna, il terzo fuori terra. Il primo, a quota più bassa, ospita lo scarico delle turbomacchine e la partenza del canale di scarico; il secondo a quota intermedia contiene sia le macchine idrauliche sia le macchine elettriche; il terzo, integralmente fuori terra, a quota 321,15 m s. l. m. ospita i quadri elettrici, le celle di connessione ed i locali di consegna G.R.T.N. la sala Relazione Tecnica Generale Pagina 30 di 78

32 trasformatori, gli uffici ed i servizi annessi, nonché il carroponte di servizio per espletare le operazioni di montaggio, di manutenzione e gestione dell impianto. In pianta, il fabbricato, ha forma rettangolare regolare con uno sviluppo di 10,50 m x 9,30 m ed un altezza massima, fuori terra, pari a circa 6,65 m alla gronda. 6.3 CANALE DI SCARICO L acqua dopo la turbinazione è reimmessa nei pressi della confluenza della Fiumara del Pegno con il Fosso S. Giovanni attraverso il canale di scarico; quest ultimo è posto alla base dell edificio, sottostante il macchinario elettroidraulico. Il canale di scarico è realizzato in conglomerato cementizio armato ed ha sezione rettangolare, la cui base è pari a 2,00 m e l altezza è di 2,00 m per i primi 28,90 m per poi proseguire, fino ad arrivare al recipiente finale con un canale, le cui spalle sono confezionate mediante muratura di pietrame a secco solidarizzata con rete metallica tale da costituire monoliti (larghezza x altezza x lunghezza pari a 1,00 m x 1,00 m x 2,00 m) in letteratura tecnica gabbioni metallici ammorsati alle opere fondali, quest ultime realizzate mediante muratura di pietrame a secco solidarizzata con rete metallica tale da costituire monoliti (larghezza x lunghezza x altezza pari a 2,00 m x 2,00 m x 0,50 m) in letteratura tecnica materassi tipo RENO,. La quota di fondo dello scarico in centrale è pari a 317,00 m s.l.m. La quota del tirante idraulico che si instaura per la portata media di turbinaggio (Q = Q m = 0,563 mc/s) è 317,17 m s.l.m.. Tale quota è utilizzata per il calcolo della potenza di concessione. 6.4 SALTO UTILE E MISURAZIONE DELLE PORTATE Il salto utile, ai fini del dimensionamento dell impianto, è pari alla differenza tra la quota del pelo libero nella vasca di carico, pari a 414,00 m s.l.m., e la quota del pelo libero allo scarico in centrale ( Q = Q m ) pari a 317,17 m s.l.m. per la portata media annua sopra riportata. Il salto utile risulta essere pari a 96,83 m. L impianto sarà dotato di idonei dispositivi per la misurazione delle portate e dei volumi di acqua derivati e restituiti. Allo scopo, si prevede di installare sulla condotta forzata, sul primo tratto rettilineo, un misuratore elettromagnetico di portata del tipo illustrato nell allegato IV, così da determinare i volumi d acqua derivati. La misurazione dei volumi d acqua restituiti, invece, sarà eseguita tramite l istallazione, nel canale di scarico dell edificio centrale, di un misuratore di velocità posto sul fondo e di una sonda ad ultrasuoni per la misurazione dei livelli, collegato ad un apposito convertitore dei segnali. Relazione Tecnica Generale Pagina 31 di 78

33 Tutte le misurazioni effettuate, tramite cablatura a fibre ottiche, saranno rese disponibili sui quadri di riscontro in centrale e, contemporaneamente, trasferite, via modem, in remoto. 7.0 MACCHINARIO ELETTRICO ED IDRAULICO DI GENERAZIONE La centrale presenta le seguenti dotazioni, A) GRUPPI TURBINA B) GENERATORI C) VALVOLA DI MACCHINA D) TRASFORMATORI E) PARTI ELETTRICHE CABINA BT/MT F) PARTI ELETTRICHE QUADRO BT, AUTOMAZIONE G) IMPIANTI TECNICI 8.0 CALCOLO DELLA POTENZA La potenza di concessione, definita come prodotto tra l accelerazione gravitazionale, la portata media annua ed il salto medio ove per salto medio si intende il dislivello tra il pelo libero alla vasca di carico ed il pelo libero del canale di scarico - è esprimibile dalla seguente relazione: N C = g * Q med * H g [Kw] I dati per il calcolo della potenza effettiva sono determinati dalle portate medie annue disponibili e, da questi ultimi valori ottenuti, si estrapolano le portate medie associate alle durate in giorni, definendo così la disponibilità effettiva a meno del D.M.V. In base al salto netto disponibile, detratte le perdite di carico dovute al moto, si calcola la potenza dell impianto ai morsetti dei generatori attraverso la seguente relazione: N E = g * Q med * H g * µc * µt * µme [Kw] in cui, rispetto alla precedente relazione che determina N C, sono stati introdotti i seguenti parametri: -) µc Rendimento della condotta -) µt Rendimento della macchina idraulica -) µme Rendimento delle macchine elettriche Ovvero, in funzione del rendimento della macchina idraulica (funzione della portata), del rendimento della condotta (funzione del saldo lordo e delle perdite di carico), nonché del rendimento delle macchine elettriche, si stima la produzione media annua Relazione Tecnica Generale Pagina 32 di 78

34 dell impianto in parola. Le singole potenze, moltiplicate per le ore complessive di funzionamento - proporzionali ai giorni di durata delle portate - forniscono il valore dell energia prodotta. La somma dei singoli prodotti fornisce il valore dell energia totale producibile in un anno. Nel successivo paragrafo, vengono riportati i relativi calcoli eseguiti. 8.1 ENERGIA PRODOTTA L analisi idrologica condotta con estremo rigore scientifico, e riportata nella Relazione idrologica fornisce, in estrema sintesi, i seguenti risultati utilizzati per il dimensionamento dell impianto ed il calcolo dell energia: a) Modalità di calcolo: Le portate medie mensili disponibili per l utilizzo idroelettrico risultano: Mesi Portate utili per l impianto Fiumara del Pegno Portate utili per l impianto Fosso S. Giovanni) Portate utili per l impianto TOT (mc/s) (mc/s) (mc/s) Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 8.1_1 Valori delle portate mensili utili per l impianto in mc/s. b) Portata derivata, nei mesi di utilizzo, in mc/anno: Mesi Q derivata Fiumara del Pegno Q derivata Fosso S. Giovanni Q tot derivata Impianto Giorni di derivazione Secondi mensili TOTALI mc/s mc/s mc/s g s mc/anno gennaio ,60 febbraio ,40 marzo ,40 Relazione Tecnica Generale Pagina 33 di 78

35 aprile ,00 maggio ,60 giugno ,00 luglio ,00 agosto ,80 settembre ,00 ottobre ,40 novembre ,00 dicembre ,20 Sommano ,40 Tab. 8.1_2 Valori delle portate mensili utili per l impianto in mc/s. I dati riportati, consentono di determinare la potenza di concessione e le caratteristiche di potenza ed energia relative all impianto. Potenza di Concessione Posto: Nc =g * Q med * H g Dove: g = 9,81 m/s 2 Qmed = 0,563 mc/s Hg = 96,83 m Si ottiene: Pc = 534,79 [kw] Tab. 8.1_3 Calcolo della Potenza di Concessione Curva di durata delle portate - CALCOLO DELL'ENERGIA PRODUCIBILE Mese Qt Salto Rend.nto Potenza Ore Energia derivata motore impianto Funz.nto Producibile mc/s m - kw h kwh gennaio ,83 0,77 492, ,34 febbraio ,83 0,77 495, ,31 marzo ,83 0,77 545, ,30 aprile ,83 0,77 425, ,24 maggio ,83 0,77 427, ,14 giugno ,83 0,77 339, ,39 luglio ,83 0,77 325, ,11 agosto ,83 0,77 297, ,27 settembre ,83 0,77 304, ,35 ottobre ,83 0,77 326, ,29 novembre ,83 0,77 438, ,88 dicembre ,83 0,77 521, ,36 Σ ore funz Q media 12 0,563 Energia Producibile ,98 Tab. 8.1_4 - Calcolo dell'energia prodotta Relazione Tecnica Generale Pagina 34 di 78

36 Caratteristiche della portata derivata Qt nei mesi di utilizzo Portata Minima mc/s Q min 0,407 Portata Media mc/s Q med 0,563 Portata Massima mc/s Q max 0,746 Tab. 8.1_5- Caratteristiche della portata Salto motore m Hg 96,83 Portata media mc/s Q med 0,563 Accelerazione di gravità m/s 2 g 9,81 Rendimento Complessivo Impianto - R. C. I. 0,77 Potenza di Concessione kw P conc 534,79 Tab. 8.1_6 - Caratteristiche generali 9.0 OPERE DI MITIGAZIONE E RIPRISTINO AMBIENTALE Dopo il rinterro della condotta e a completamento dei lavori di costruzione, saranno eseguiti gli interventi di ripristino ambientale allo scopo di ristabilire nell area gli equilibri naturali preesistenti, permettendo la ripresa della normale attività di utilizzo del territorio. Le tipologie di ripristino adottate prevedono l esclusivo utilizzo di materiali naturali e consistono, principalmente, in quelle di seguito descritte. Sistemazioni generali di linea Consistono nella riprofilatura dell area interessata dai lavori, ricostituendo la morfologia originaria del terreno. Nella fase di rinterro della condotta viene utilizzato dapprima il terreno con elevata percentuale di scheletro e successivamente il suolo agrario accantonato, ricco di humus. Opere di difesa idraulica Hanno la funzione di regimare il corso d acqua al fine di evitare fenomeni di erosione spondale e di fondo. Esse, in generale, possono essere suddivise in opere longitudinali ed opere trasversali. Le opere longitudinali che hanno andamento parallelo alle sponde dei corsi d acqua sono realizzate per il contenimento dei terreni e per la difesa spondale. Nel caso in esame si prevede la realizzazione di sole opere longitudinali, caratterizzate da scogliere spondali in massi, previste in corrispondenza dell opera di presa e del canale di scarico della centrale di produzione e da gabbionate metalliche, opportunamente rinverdite, previste a difesa della condotta contro i fenomeni di erosione di fondo durante gli eventi di piena ordinari ed eccezionali. Ricostituzione della copertura vegetale L intervento riguarderà le zone con vegetazione naturale o seminaturale (sponde dei corsi d acqua con vegetazione ripariale) allo scopo di ricreare le condizioni idonee al ritorno di un ecosistema, che sia il più simile possibile a quello naturale e quindi in grado, una volta affermatosi sul territorio, di evolversi autonomamente. Relazione Tecnica Generale Pagina 35 di 78

37 10.0 CONCLUSIONI L intervento proposto risulta fattibile, la potenza di concessione risulta pari a 534,79 kw mentre, l energia complessivamente producibile è pari a ,98 kwh. Il costo marginale del kwh, determinato nell allegato I - Piano economico e finanziario dell opera e desumibile dalla tabella seguente, mostra la rimuneratività dell energia prodotta dall impianto proposto. COSTO MARGINALE DEL kw h [EP] Energia annua prodotta kw ,98 [CTE] Costo Totale annuo Esercizio ,88 Costo marginale del kw h Per i primi 15 anni di esercizio dell'impianto: CTE/EP [ /kwh] = 0,1410 Dal 16 anno (compreso) in poi sarà: CTE/EP [ /kwh] = 0,0264 Tab. 10.0_1 Costo marginale del kw h. Il prezzo medio di mercato dell energia rinnovabile, comprensivo dei Certificati Verdi (CV), è per i primi 15 anni, tariffa omnicomprensiva, pari a 0,2200 /kw h; nei successivi, senza Certificati Verdi, è pari a circa 0,0820 /kw h. Il margine operativo per kw h prodotto, nei primi 15 anni, risulta dalla differenza tra il prezzo di mercato (0,2200 /kw h) e il costo marginale (0,1410 /kw h) e, pertanto, pari a 0,0790 /kw h. Nei successivi anni di esercizio il margine operativo è dato dalla differenza tra il prezzo di mercato (0,0820 /kw h) e il costo marginale (0,0264 /kw h) e, pertanto, pari a 0,0556 /kw h. Relazione Tecnica Generale Pagina 36 di 78

38 11.0 BIBLIOGRAFIA ARREDI F. Costruzioni Idrauliche, UTET, Vol. 1, 2, 3, 4. CANUTI P., MOISELLO U. Relationship between the uyearly maxima of peak and daily discharge for some basins in tuscany. Hydrological S.J., v. 27, 2, CARONI E., D ALPAOS L., FATTORELLI S., ROSSI F., UBERTINI L., VERSACE P. Coord. E. DE MARCHI, Valutazione delle piene, CNR P.F. Conservazione del suolo Dinamica fluviale, l- 2l0. CHARDONNET E., MEYNARDI G., ORTH, J. Étude de grilles pour prises déau du type en-dessous. La Houille Blanche, Juin, CHARDONNET E., MOLBERT J., PONSARD A. Experience de l E.D.F. dans le domaine des prises de haute montagne a chasses automatiques. La Houille Blanche, Nº8, DROBIR H. Entwurf von Wasserfassungen im Hochgebirge. Österreichische Wasserwirtschaft, 1981, Heft 11/12 DROBIR H., KIENBERGER V., KROUZECKY N. The wetted rack length of the tyrolean weir. Institute of Hydraulic Engineering, Vienna University of Technology. FERRARI E., GABRIELE S., ROSSI F., VERSACE P. La valutazione delle piene in Calabria. Aspetti metodologici di una analisi a scala regionale. XXII Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Cosenza 4-7 ottobre l990; 5ll-534. GHERARDELLI L. Portate di piena osservate nei corsi d acqua italiani, Pubb. 20, S.I., Min. LL. PP., 1939, Roma. HEBSON C.S., CUNNANE C. Assestmente of use at-site and regional flood data for flood frequency estimation. Paper presented at Int. Sympos. on flood Frequency and Risk Analyses, Baton Rouge, KIENBERGER V. Die benetzte Rechenlänge beim Tiroler Wehr. Diplomarbeit an der TU Wien, MANFREDA S., M. FIORENTINO, V. IACOBELLIS. DREAM: Distributed model for Runoff Et Antecedent soil Moisture Simulation, Advances in Geosciences, 2, 31-39, 2005 (SRef-ID: /adgeo/ ). MARCHETTI G. Sulle massime portate di piena osservate nei corsi d acqua italiani a tutto il l953. Giornale del Genio Civile, 3 e 4, MARCHI E., RUBATTA A. Meccanica dei fluidi, UTET, Relazione Tecnica Generale Pagina 37 di 78

39 MONGIARDINI V. Sui contributi di massima piena dei corsi d acqua italiani. Atti VI Conv. di Idraulica, 1959, PD. NATALE L., FENAROLI G. Portate al colmo con assegnato tempo di ritorno dei piccoli bacini italiani. Quaderno ISHES n 227: 26 pp, NOSEDA G. Correnti con portata progressivamente decrescente, defluenti su griglie di fondo. L Energia Elettrica, Milano, Italia, Vol. 33, Nº 1 e 6, PIROZZI T. Portate di piena osservate nei corsi d acqua della regione calabro - lucana. Pubbl. n 20 del Serv. Idrog. It., Hin. LL.PP., 1939, Roma: l22-l35 ROSSI F. & VERSACE P. La valutazione della piena di progetto nelle dighe di sbarramento. ENEL DSR: 84 pp, SERVIZIO IDROGRAFICO ITALIANO. Dati caratteristici dei corsi d acqua italiani. Pubbl. n 17, Hin. LL.PP., Roma, l SERVIZIO IDROGRAFICO ITALIANO. Precipitazioni medie mensili ed annue per il trentennio Pubbl. n 24, Min. LL.PP., Roma, SERVIZIO IDROGRAFICO E MAREOGRAFICO NAZIONALE, Ufficio idrografico e mareografico di Catanzaro, Annali Idrologici. ZÖCHNER C. Der Wassereinzug entlang des Rechens beim Tiroler Wehr. Diplomarbeit an der TU Wien, Relazione Tecnica Generale Pagina 38 di 78

40 ALLEGATO I Piano Economico e Finanziario dell Opera Relazione Tecnica Generale Pagina 39 di 78

41 CASTELLUCCIO Inferiore Condotta Materiale Ø [m] V med [m/s] PRFV 0,80 1,55 Mesi Utili H sup [m] H inf [m] Salto Motore Hg [m] g [m/s 2 ] 414,00 317,17 96,83 9,810 Mesi Portata Derivata Energia Salto R.C.I. Peff gg di Utilizzo Ore Funz. Producibile Qd [mc/s] Hg [m] [-] [Kw] [gg] [h] [Kwh] x Gennaio ,83 0, ,98 31,00 744, ,34 x Febbraio ,83 0, ,17 28,00 672, ,31 x Marzo ,83 0, ,64 31,00 744, ,30 x Aprile ,83 0, ,69 30,00 720, ,24 x Maggio ,83 0, ,15 31,00 744, ,14 x Giugno ,83 0, ,38 30,00 720, ,39 x Luglio ,83 0, ,48 31,00 744, ,11 x Agosto ,83 0, ,69 31,00 744, ,27 x Settembre ,83 0, ,27 30,00 720, ,35 x Ottobre ,83 0, ,22 31,00 744, ,29 x Novembre ,83 0, ,12 30,00 720, ,88 x Dicembre ,83 0, ,51 31,00 744, ,36 Σ i=1 12 Q i = 6,753 [mc/s] Σ , ,98 Σ Qd (mu) = 6,753 [mc/s] Σ Mesi (Anno) Qd media [mc/s] Hg g P conc Σ MA Σ Qd (mu)/σ MU [m] [m/s 2 ] [kw] 12 0,563 96,83 9, ,79 Impianto Idroelettrico Fosso S. Giovanni e Fiumara del Pegno Opere civili Opere di presa ,49 Vasca di carico ,26 Edificio centrale ,02 Scarico Centrale ,86 Opere di mitigazione Ambientale ,00 Ripristino ad impianto dismesso , ,63 Opere Idrauliche Condotta forzata ,59 condotte adduttrici ,75 Macchine Elettriche ed Idrauliche , ,34 Opere Elettriche Apparecchiature elettriche ,05 Linee elettriche di potenza , ,05 Apparecchiature elettro meccaniche Carro ponte ,00 Paratoie ,80 Illuminazione interna e reti tecnologiche ,00 Illuminazione esterna e reti tecnologiche , , ,82 Relazione Tecnica Generale Pagina 40 di 78

42 STIMA DEL COSTO DELL'OPERA 1) OPERE CIVILI ,63 2) OPERE ELETTROMECCANICHE ,80 3): OPERE IDRAULICHE ,34 4) OPERE ELETTRICHE ,05 TOTALE COSTO DELLE OPERE ,82 PIANO FINANZIARIO Al costo delle opere precedentemente preventivato occorre aggiungere: 1) IMPREVISTI VARI # Pari a circa il 5% ,69 2) ACQUISIZIONE AREE ED INDENNIZZI ,00 3) SPESE DI ISTRUTTORIA PER CONCESSIONE 1.000,00 # Pubblicazione fogli ufficiali 250,00 # Bolli ecc. 150,00 # Tassa di registro, Registrazione del disciplinare di conc.pari al 0,5% sul cumulo dei canoni 2.727,45 # Tassa di conc.governativa ai sensi del D.P.R n 641 e 100,00 successive modificazioni 4) SPESE TECNICHE ,18 TOTALE ONERI VARI ,32 COSTO TOTALE DELL' IMPIANTO: ,14 CTI ARTICOLAZIONE PIANO FINANZIARIO 100% Del costo totale dell'impianto mediante contributo bancario con finanziamento in Project Financing in quindici anni ,14 0% Del costo totale dell'impianto mediante capitale proprio 0,00 COSTO DI ESERCIZIO ANNUO 1) Personale ,69 2) Manutenzione 0,5% ,35 3) Canone demaniale Kw 534, ,03 4) Imposta regionale Kw 534,79 0,35 187,18 5) Sovraccanone B.I.M. : 534, ,26 6) Spese di Gestione 4.537,83 TOTALE PARZIALE COSTO ESERCIZIO ,33 7) Finanziamento con P. F. al tasso fisso del 5,50% in 15 anni ,44 TOTALE ONERI FINANZIARI ,44 COSTO TOTALE DELL' ESERCIZIO ,77 CTE Energia annua prodotta : Kwh EP /Kwh Per i primi 15 anni di esercizio dell'impianto il costo marginale del Kwh sarà: CTE/EP = 0,1410 dal sedicesimo anno in poi il costo marginale del Kwh sarà: CTE/EP = 0,0264 Relazione Tecnica Generale Pagina 41 di 78

43 ALLEGATO II Relazione sui calcoli idraulici Relazione Tecnica Generale Pagina 42 di 78

44 Dimensionamento della griglia di presa La superficie totale della griglia immersa si determina con la seguente relazione: dove: S ( a s) + k s Q V senα = [6.1_a] S = Superficie totale della griglia immersa in mq; k 1 = Coefficiente che tiene conto dell intasamento della griglia, pari a 2,00; a = Distanza netta tra le barre pari a 10 mm; s = Spessore della barra pari a 20mm; Q = Portata da derivare; V 1 = Velocità di attraversamento della griglia; α = Inclinazione sull'orizzontale della griglia in gradi (11,30). Nota la superficie totale della griglia immersa e l estensione del canale di presa è possibile determinare la lunghezza delle griglie dal rapporto L = S / B. Il calcolo in esame conduce ai seguenti risultati: Fosso S. Giovanni Per una Portata da derivare pari a 0,28 mc/s, con V 1 = 2,165 m/s intesa come velocità della corrente in alveo, si ha: S 1,980 mq S=1,980mq B=3,085 m L = = = 0, 642m B 3,085m La lunghezza ottenuta, pari ad 0,642m, viene ricondotta a 1,00 m per esigenze commerciali. Fiumara del Pegno Per una Portata da derivare pari a 0,50 mc/s, con V 1 = 2,80 m/s intesa come velocità della corrente in alveo, si ha: S 13,742mq S=13,742 mq B=14,25 m L = = = m B 14,25m La lunghezza ottenuta, pari ad 0,964 m, viene ricondotta a 1,00 m per esigenze commerciali. Relazione Tecnica Generale Pagina 43 di 78

45 DIMENSIONAMENTO GRIGLIA DI DERIVAZIONE Fosso S. Giovanni Dati: q 1 = 0,69 [m 3 /s] Portata in arrivo (Q10) q d = 0,28 [m 3 /s] Portata da derivare B = 3,65 [m] Larghezza del canale γ = 0,46 [m 0,5 ] Indice medio di scabrezza delle pareti If = 0,05 [-] Pendenza Media alveo a monte della presa Q = A χ (R I f) 0,5 (Chézy) χ= 87/(1+γ/R 0,5 ) ( Bazin) Scala delle Portate Altezza di moto unif. Sezione canale Perimetro bagnato Raggio idr. Coefficiente di Bazin Velocità corrente Portata Altezza Cinetica Energia Specifica Profondità Critica Velocità Critica Numero Froude h A P R χ U Q U 2 /2g E Y c U c F r Y Tirante Tipo Corr. [m] [mq] [m] [m] [m 0,5 /s] [m/s] [mc/s] [m] [m] [m] [m/s] [-] [m] , veloce Fiumara del Pegno Dati: q 1 = 1,09 [m 3 /s] Portata in arrivo (Q10) q d = 0,5 [m 3 /s] Portata da derivare B = 16,0 [m] Larghezza del canale γ = 0,46 [m 0,5 ] Indice medio di scabrezza delle pareti If = 0,004 [-] Pendenza Media alveo a monte della presa Q = A χ (R I f) 0,5 (Chézy) χ= 87/(1+γ/R 0,5 ) ( Bazin) Scala delle Portate Altezza di moto unif. Sezione canale Perimetro bagnato Raggio idr. Coefficiente di Bazin Velocità corrente Portata Altezza Cinetica Energia Specifica Profondità Critica Velocità Critica Numero Froude h A P R χ U Q U 2 /2g E Y c U c F r Y Tirante Tipo Corr. [m] [mq] [m] [m] [m 0,5 /s] [m/s] [mc/s] [m] [m] [m] [m/s] [-] [m] lenta Relazione Tecnica Generale Pagina 44 di 78

46 Dimensionamento del canale per il rilascio del DMV La tabella seguente riporta i valori delle portate mensili utili per l impianto: Fosso S. Giovanni Mesi Portata Q DMV da rilasciare Portate utili per l impianto (mc/s) (mc/s) (mc/s) Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 4.0_2 A Valori delle portate mensili utili per l impianto in mc/s. Fiumara del Pegno Mesi Portata Q DMV da rilasciare Portate utili per l impianto (mc/s) (mc/s) (mc/s) Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Tab. 4.0_2 B Valori delle portate mensili utili per l impianto in mc/s Per ciascun canale derivatore vi è uno stramazzo di forma rettangolare, dimensionato per il rilascio del DMV pari a: 0,169 mc/s per il Fosso S. Giovanni; Relazione Tecnica Generale Pagina 45 di 78

47 0,03367 mc/s per la Fiumara del Pegno. Tali valori si riferiscono al contributo del termine fisso Z del DMV, così come previsto dall autorità di Bacino della Calabria ( Si veda Relazione Idrologica). Per il dimensionamento del canale per il rilascio del DMV si è fatto riferimento all espressione seguente: Dove: Q = µ h L 2 g h il coefficiente µ è pari a 0,385 (stramazzo a parete grossa); L = lunghezza del canale; h = tirante idraulico; g = accelerazione di gravità Il transito del DMV, pari a 0,169 mc/s è assicurato dai seguenti valori: L h Q m m mc/s 0,365 0,42 0,1694 Geometria del canale di rilascio del DMV. L altezza finita del canale, in opera, sarà di 0,42 m. Il transito del DMV, pari a 0,03367 mc/s è assicurato dai seguenti valori: L h Q m m mc/s 1,60 0,053 0,03367 Geometria del canale di rilascio del DMV. L altezza finita del canale, in opera, sarà di 0,053 m. Canale di presa Il dimensionamento del canale di presa è definito a partire dal valore di portata da derivare. La sezione del canale di presa è rettangolare e la dimensione della base è pari alla lunghezza della griglia. L altezza del tirante idrico che si stabilisce nella sezione è valutata, attraverso la scala di deflusso, utilizzando la relazione di Chézy: Dove: Q = A χ R i b, h Rispettivamente: base del canale di presa e tirante idraulico; A = b h Sezione del canale; C = b + 2 h Contorno bagnato della sezione; R A / P = Raggio idraulico; Relazione Tecnica Generale Pagina 46 di 78

48 87 χ = γ 1 + R = 0, 20 Coefficiente di Bazin; γ Coefficiente di scabrezza delle pareti (in cemento in non perfette condizioni); V Velocità dell acqua nel canale di presa; i = 0, 002 Pendenza motrice; Q ( mc / s) Portata derivata. Si riporta di seguito la scala di deflusso relativa al ciascun canale di presa: Fosso S. Giovanni Per b=1,00 m e Q= 0,28 mc/s si ha: b h A C R χ V Q (m) (m) (mq) (m) (mq) (m 0,5 /s) (m/s) (mc/s) 1,00 0,26 0,26 1,52 0,17 58,64 1,08 0,28 Geometria Scala di deflusso relativa al canale di presa del Fosso S. Giovanni In corrispondenza della portata massima derivabile, pari a 0,28 mc/s, il tirante idrico assume un altezza pari a 0,26 m. Assicurando al tirante un franco di sicurezza pari a 0,94 m, le dimensioni geometriche del canale di presa risultano pari a: base b = 1,00m; altezza minore h = 0, 26 m + 0,94 m = 1,20m; altezza maggiore H = h + b. tangα = 1,20m + 1,00m. 0,20 = 1,40 m Dove α è l angolo di inclinazione della griglia sull orizzontale e vale 0,197 rad. Fiumara del Pegno Per b=1,00 m e Q= 0,50 mc/s si ha: b h A C R χ V Q (m) (m) (mq) (m) (mq) (m 0,5 /s) (m/s) (mc/s) 1,00 0,39 0,39 1,78 0, ,28 0,50 Geometria Scala di deflusso relativa al canale di presa della Fiumara del Pegno In corrispondenza della portata massima derivabile, pari a 0,50 mc/s, il tirante idrico assume un altezza pari a 0,39 m. Assicurando al tirante un franco di sicurezza pari a 0,51 m, le dimensioni geometriche del canale di presa risultano pari a: base b = 1,00m; altezza minore h = 0, 39 m + 0,51 m = 0,90 m; altezza maggiore H = h + b. tangα = 0,90m + 1,00m. 0,20 = 1,10 m Relazione Tecnica Generale Pagina 47 di 78

49 Dove α è l angolo di inclinazione della griglia sull orizzontale e vale 0,197 rad. In corrispondenza di ciascun canale di presa verrà installato un sensore ad ultrasuoni, avente la funzione di rilevare il livello di acqua e regolarne il transito verso il dissabbiatore mediante apertura (o chiusura) di paratoie opportunamente dimensionate. Il deflusso della portata verso il dissabbiatore, in caso di arresto dell impianto, viene impedito attraverso la chiusura della paratoia posta su ciascun canale derivatore; l acqua viene convogliata verso il canale di scarico. Dimensionamento del dissabbiatore Il canale di presa immette, tramite apposito canale derivatore, la portata utile nel dissabbiatore. Il dimensionamento del dissabbiatore è funzione del tipo di turbina idraulica da adottare. Posta pari a d la grandezza minima delle particelle da sedimentare che, nello specifico, per turbine Pelton, è compreso tra 0,2 ed 0,4 mm, si determina la velocità di sedimentazione in acqua ferma V p, in cm/s, per grani aventi peso specifico variabile tra 1,15 e 1,10 g/cmc. La componente orizzontale della velocità di traslazione della corrente all interno del dissabbiatore è determinabile come: Dove: Q v = b h Q = portata in transito; b = base della sezione trasversale; h = altezza. Secondo Sudry la velocità di sedimentazione risulta pari a circa 5 cm/s mentre, la componente verticale w della velocità di agitazione in una corrente con velocità di traslazione v, risulta (Egiazaroff): v w = 5,7 + 2,3 h Affinché avvenga la sedimentazione si deve avere, per la vasca, una lunghezza minima data da: h v L = v w turb ove v turb è la velocità di sedimentazione per le particelle di diametro d assegnato. Il procedimento di calcolo illustrato conduce ai seguenti valori: Fosso S. Giovanni b h Q v w v turb L [m] [m] [mc/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m] 5,00 2,00 0,28 0,028 0,0027 0,013 5,66 La lunghezza minima del dissabbiatore risulta pari a 5,66 m; tale lunghezza è incrementata per necessità costruttive e, quindi, la lunghezza finale da prevedere per il dissabbiatore sarà di 6,00 m. Relazione Tecnica Generale Pagina 48 di 78

50 L altezza del tirante nel dissabbiatore, nel tratto iniziale, è pari a 2,00 m; tale altezza, nel tratto finale, ossia in corrispondenza dello stramazzo, è pari a 2,05 m; tale differente altezza nel dissabbiatore è da ricercarsi nel dislivello di 5 cm, corrispondente alla pendenza del 1,57%, assegnata al fondo stesso del dissabbiatore. Le dimensioni geometriche in pianta del dissabbiatore risultano: L = 6,00 m B = 5,00 m L altezza geometrica del dissabbiatore tiene conto, oltre che del tirante d acqua, anche di un franco di sicurezza. Nel caso in esame, il franco di sicurezza determinato, è pari a 0,80 m e, pertanto, l altezza interna del dissabbiatore vale: H = 2,05m +0,80m = 2,85 m. Fiumara del Pegno b h Q v w v turb L [m] [m] [mc/s] [m/s] [m/s] [m/s] [m] 5,00 1,40 0,50 0,071 0,008 0,018 10,37 La lunghezza minima del dissabbiatore risulta pari a 10,37 m; tale lunghezza è incrementata per motivi costruttivi e, quindi, la lunghezza finale da prevedere per il dissabbiatore sarà di 10,50 m. L altezza del tirante nel dissabbiatore, nel tratto iniziale, è pari a 1,40 m; tale altezza, nel tratto finale, ossia in corrispondenza dello stramazzo, è pari a 2,05 m; tale differente altezza nel dissabbiatore è da ricercarsi nel dislivello di 65 cm, corrispondente alla pendenza del 8,33%, assegnata al fondo stesso del dissabbiatore. Le dimensioni geometriche in pianta del dissabbiatore risultano: L = 10,50 m B = 5,00 m L altezza geometrica del dissabbiatore tiene conto, oltre che del tirante d acqua, anche di un franco di sicurezza. Nel caso in esame, il franco di sicurezza determinato, è pari a 0,30 m e, pertanto, l altezza interna del dissabbiatore vale: H = 2,05m +0,70m = 2,75 m. Stramazzo L immissione dell acqua dal dissabbiatore alla vasca di carico avviene mediante soglia a stramazzo. Il moto del sistema è descritto dalla formula generale degli stramazzi: Q = µ h L 2 g h dove il coefficiente µ è pari a 0,385 (stramazzo a parete grossa). In funzione delle portate derivate, la relazione determina: Relazione Tecnica Generale Pagina 49 di 78

51 2 ha = h 3 Altezza della corrente sulla soglia hlib = h ha Altezza libera sullo stramazzo U = 2 g ( h ha) Velocità della corrente sulla soglia Dove h rappresenta la differenza tra l altezza della lama d acqua nel dissabbiatore e l altezza dello stramazzo. Fosso S. Giovanni Il tirante idrico nel dissabbiatore, a monte dello stramazzo, è pari a 2,05 m e l altezza della soglia è pari a 1,90 m. Tali dimensioni assicurano, per la portata di progetto, un profilo della corrente con quota di pelo libero costante. Il transito della portata di progetto è assicurata dai seguenti valori: Con altezza dello stramazzo pari a 1,947. b h Q h a h lib U m m mc/s m m m/s 5,00 0,103 0,28 0,0687 0,0343 0,821 L altezza dello stramazzo è stata assunta, per motivi costruttivi, pari a 1,90m, ottenendo così: Fiumara del Pegno b h Q h a h lib U m m mc/s m m m/s 5,00 0,15 0,49 0,10 0,05 0,99 Il tirante idrico nel dissabbiatore, a monte dello stramazzo, è pari a 2,05 m e l altezza della soglia è pari a 1,70m. Tali dimensioni assicurano, per la portata di progetto, un profilo della corrente con quota di pelo libero costante. Il transito della portata di progetto è assicurata dai seguenti valori: Con altezza dello stramazzo pari a 1,899. b h Q h a h lib U m m mc/s m m m/s 5,00 0,151 0,50 0,100 0,0503 0,99 L altezza dello stramazzo è stata assunta, per motivi costruttivi, pari a 1,70 m, ottenendo così: b h Q h a h lib U m m mc/s m m m/s 5,00 0,35 1,765 0,2333 0,1167 1,513 Relazione Tecnica Generale Pagina 50 di 78

52 Condotte adduttrici La vasca di carico è posizionata a valle della presa a trappola e del dissabbiatore. La portata derivata arriva dal dissabbiatore alla vasca di carico tramite un canale di forma circolare, planimetricamente di lunghezza pari a: 1.435,00 m per il fosso S. Giovanni; 2.160,00 m per la Fiumara del Pegno. Tali canali sono opportunamente dimensionati in modo da rendere minime le perdite di carico distribuite e garantire un tirante nella vasca di carico a quota di 414,00m s.l.m.. Fosso S. Giovanni PERDITA DI CARICO Scabrezza Coefficiente di resistenza Cadente Perdita di carico AUTORE [-] [m] Colebrook ε [=] mm 1/λ 0,5 =-2,0xlog[2,51/(Rex(λ) 0,5 )+ε/d/3,71)] j=λ/dx[u 2 /(2xg)] Y=λ/Dx[U 2 /(2xg)] x L λ = 1.335E-02 j = Y = Bazin γ [=] m 0,5 β=0,000857(1+2γ/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 9.046E-04 j = Y = Kutter m [=]m 0,5 β=0,000648(1+2m/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 1.052E-03 j = Y = Gaukler k [=]m 1/3 s -1 β=10,3/(k 2* D 1/3 ) j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L Strikler β = 8.827E-04 j = Y = α U 2 /(2 g) = 0,09 m Pertanto, considerando la perdita di carico secondo Colebrook si ottiene: 2,91 m + 0,09 m = 3,00 m come perdita di carico complessiva, adottando una tubazione di diametro interno 532,00 mm, corrispondente ad un diametro esterno, commerciale, Φ 630 mm per una condotta di lunghezza pari a 1435,00 m. Fiumara del Pegno PERDITA DI CARICO Scabrezza Coefficiente di resistenza Cadente Perdita di carico AUTORE [-] [m] Colebrook ε [=] mm 1/λ 0,5 =-2,0xlog[2,51/(Rex(λ) 0,5 )+ε/d/3,71)] j=λ/dx[u 2 /(2xg)] Y=λ/Dx[U 2 /(2xg)] x L λ = 1.258E-02 j = Y = Bazin γ [=] m 0,5 β=0,000857(1+2γ/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 8.993E-04 j = Y = Kutter m [=]m 0,5 β=0,000648(1+2m/d 0,5 ) 2 j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L β = 1.002E-03 j = Y = Gaukler k [=]m 1/3 s -1 β=10,3/(k 2* D 1/3 ) j=βxq 2 /D 5 Y=βxQ 2 /D 5 x L Strikler β = 8.162E-04 j = Y = α U 2 /(2 g) = 0,12 m Pertanto, considerando la perdita di carico secondo Colebrook si ottiene: 4,06 m + 0,12 m = 4,18 m come perdita di carico complessiva, adottando una tubazione di di- Relazione Tecnica Generale Pagina 51 di 78

53 ametro interno 673,00mm, corrispondente ad un diametro esterno, commerciale, Φ800 per una condotta di lunghezza pari a 2160,0 Vasca di carico Il sistema vasca di carico è composto da due vasche: una prima dove arrivano e sversano le relative portate le due distinte condotte adduttrici e una seconda, divisa dalla prima da uno stramazzo, avente la funzione di vasca di carico vera e propria. Questa distinzione è stata resa necessaria anche dall esigenza di posizionare un misuratore di portata, nella vasca di carico, in condizioni di relativa calma del pelo libero del tirante idraulico al fine di facilitare la misura e registrazione delle portate da turbinare. Il volume della vasca di carico, pari ad 144,00 mc, è stato condizionato sia dalla differenza dei tempi di arrivo dell acqua in vasca dalle due opere di presa, sia dalla tempistica, in progressivo, necessaria per regimentare gli afflussi alla turbina idraulica. Le dimensioni utili della vasca di carico, in pianta, sono 6,00 m x 6,00 m, con un altezza di contenimento di 4,00 m, a tali dimensioni si aggiungono gli spessori tecnici idraulici e statici delle strutture portanti; tale altezza corrisponde anche alla quota dello sfioratore di superficie, previsto in numero di uno, il cui scopo è quello di smaltire le portate in esubero. L altezza effettiva interna della vasca di carico è pari a 5,00 m con un franco di sicurezza di 1,00 m rispetto all altezza di contenimento fissata in 4,00 m. Le dimensioni geometriche ottenute, dunque, sono le seguenti: L = 6,00 m B = 6,00 m H = 4,00 m + 1,00 m = 5,00 m La quota massima del livello d acqua nella vasca di carico è pari a 414,00 m s.l.m. Stramazzo vasca di carico Il tirante idrico nel dissabbiatore, a monte dello stramazzo, è pari a 4,00 m e l altezza della soglia è pari a 3,80 m. Tali dimensioni assicurano, per la portata di progetto, un profilo della corrente con quota di pelo libero costante. Il transito della portata di progetto è assicurata dai seguenti valori: Con altezza dello stramazzo pari a 3,82 m. b h Q h a h lib U m m mc/s m m m/s 6,00 0,18 0,78 0,12 0,06 1,085 L altezza dello stramazzo è stata assunta, per motivi costruttivi, pari a 3,80 m, Relazione Tecnica Generale Pagina 52 di 78

54 ottenendo così: b h Q h a h lib U m m mc/s m m m/s 6,00 0,20 0,915 0,133 0,067 1,14 Sfioratori di superficie Per il dimensionamento degli sfioratori si è fatto riferimento all espressione seguente: Dove: µ = coefficiente di portata, pari a 0.385; h = altezza dell apertura; b = base dell apertura; g = accelerazione di gravità. Q = µ h b 2 g h Tale relazione ha permesso di calcolare la superficie totale adeguata a garantire il passaggio dell eventuale portata in esubero. Dissabbiatore Fosso S.Giovanni b tot h Q m m mc/s 1,00 0,30 0,28 È stato così previsto uno sfioratore di superficie in modo da avere le seguenti dimensioni: base (b) = 1,00 m altezza (h) = 0,80 m Vincoli imposti da esigenze tecniche hanno consigliato un altezza, per gli sfioratori, pari ad almeno 0,50 m al posto di quella determinata in 0,30 m; ma lasciando un franco di sicurezza adeguato rispetto all altezza di contenimento, la dimensione h dello sfioratore risulta pari a 0,80 m: tale altezza faciliterà l efflusso dell acqua operando con ampio margine a favore di sicurezza. Le dimensioni dello sfioratore, se invaso dall acqua per una altezza di 0,50 m, permetterà il transito di una portata pari a 0,60 mc/s come illustrato nello specchietto seguente: Dissabbiatore Fiumara del Pegno b tot H Q m m mc/s 1,00 0,50 0,60 b tot h Q m m mc/s 3,00 0,212 0,50 Relazione Tecnica Generale Pagina 53 di 78

55 È stato così previsto uno sfioratore di superficie in modo da avere le seguenti dimensioni: base (b) = 3,00 m altezza (h) = 0,70 m Vincoli imposti da esigenze tecniche hanno consigliato un altezza, per gli sfioratori, pari ad almeno 0,35 m al posto di quella determinata in 0,212 m; ma lasciando un franco di sicurezza adeguato rispetto all altezza di contenimento, la dimensione h dello sfioratore risulta pari a 0,70 m: tale altezza faciliterà l efflusso dell acqua operando con ampio margine a favore di sicurezza. Le dimensioni dello sfioratore, se invaso dall acqua per una altezza di 0,35 m, permetterà il transito di una portata pari a 1,06 mc/s come illustrato nello specchietto seguente: Vasca di carico b tot H Q m m mc/s 3,00 0,35 1,06 b tot h Q m m mc/s 1,00 0,593 0,78 È stato così previsto uno sfioratore di superficie in modo da avere le seguenti dimensioni: base (b) = 1,00 m altezza (h) = 1,00 m Vincoli imposti da esigenze tecniche hanno consigliato un altezza, per gli sfioratori, pari a 1,00 m al posto di quella determinata in 0,593 m; tale altezza faciliterà l efflusso dell acqua operando con ampio margine a favore di sicurezza. Le dimensioni finali dello sfioratore, se completamente invaso dall acqua, permetterà il transito di una portata pari a 1,70 mc/s come illustrato nello specchietto seguente: Scarichi di fondo b tot H Q m m mc/s 1,00 1,00 1,70 Il canale di derivazione, il dissabbiatore e la vasca di carico sono dotati di scarico di fondo, presidiati da paratoia, per consentirne lo svuotamento durante le fasi di arresto dell impianto. Relazione Tecnica Generale Pagina 54 di 78

56 Il dimensionamento dello scarico di fondo del canale di derivazione è stato eseguito tramite la seguente espressione, valida per efflussi sotto paratoie: Dove: Q = µ a b 2 g H m = coefficiente di portata, pari a (Marchi); H = carico sul fondo, pari all altezza massima nel canale; a = altezza dell apertura; b = base dell apertura; g = accelerazione di gravità. Fosso S. Giovanni H a b m g Q m m m - m/s 2 mc/s 0,55 0,40 0,40 0,536 9,8160 0,28 Lo scarico di fondo, così dimensionato, sarà in grado di far transitare una portata di 0,28 mc/s che sarà convogliata al canale di sfioro. Fiumara del Pegno H a b m g Q m m m - m/s 2 mc/s 1,20 0,40 0,50 0,536 9,8160 0,50 Lo scarico di fondo, così dimensionato, sarà in grado di far transitare una portata di 0,50 mc/s che sarà convogliata al canale di sfioro. Il dimensionamento dello scarico di fondo del dissabbiatore e della vasca di raccolta è stato eseguito applicando la seguente espressione, valida per luci a battente con vena fluente parzialmente rigurgitata: Dove: h 1 h 2 h 3 b Q = µ 1 b 2 g h2 ( h3 h2 ) + µ 2 b 2 g ( h2 h 3 = altezza del tirante rispetto all estremità superiore della luce; = altezza del tirante che si stabilisce nel canale di scarico adiacente rispetto al tirante in vasca; = altezza del tirante rispetto alla base della luce; = base della luce. µ 1, µ 2 = 0,60, coefficiente di portata (WEYRAUCH-STROMBEL); g = accelerazione di gravità ) Relazione Tecnica Generale Pagina 55 di 78

57 Fosso S. Giovanni Scarico di fondo del dissabbiatore Le dimensioni della sezione, strettamente necessarie, per far fluire verso il canale di scarico la portata di progetto di 0,28 mc/s, sono le seguenti: b = 0,30m, base della luce; h = 0,261 m, altezza della luce. Con b = 0,30 m e h = 0,261 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,789 1,81 2,05 0,60 0,60 0,30 9,8160 0,28 Il transito dell acqua in condizioni di sicurezza è assicurato assegnando allo scarico di fondo le seguenti dimensioni: b = 0,30 m, base della luce; h = 0,30 m, altezza della luce. Con b = 0,30 m e h = 0,30 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,75 1,81 2,05 0,60 0,60 0,30 9,8160 0,32 Scarico di fondo della vasca di raccolta Le dimensioni della sezione, strettamente necessarie, per far fluire verso il canale di scarico la portata di progetto di 0,28 mc/s, sono le seguenti: b = 0,30m, base della luce; h = 0,251 m, altezza della luce. Con b = 0,30 m e h = 0,251 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,949 1,96 2,20 0,60 0,60 0,30 9,8160 0,28 Il transito dell acqua in condizioni di sicurezza è assicurato assegnando allo scarico di fondo le seguenti dimensioni: b = 0,30 m, base della luce; h = 0,30 m, altezza della luce. Con b = 0,30 m e h = 0,30 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,90 1,96 2,20 0,60 0,60 0,30 9,8160 0,33 Relazione Tecnica Generale Pagina 56 di 78

58 Gli scarichi di fondo avranno, pertanto, le seguenti dimensioni: Scarico di fondo nel canale dissabbiatore: b = 0,30m, h = 0,30 m; Scarico di fondo nella vasca di raccolta: b = 0,30 m, h = 0,30 m; Fiumara del Pegno Scarico di fondo del dissabbiatore Le dimensioni della sezione, strettamente necessarie, per far fluire verso il canale di scarico la portata di progetto di 0,50 mc/s, sono le seguenti: b = 0,40m, base della luce; h = 0,355 m, altezza della luce. Con b = 0,40 m e h = 0,355 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,695 1,77 2,05 0,60 0,60 0,40 9,8160 0,50 Il transito dell acqua in condizioni di sicurezza è assicurato assegnando allo scarico di fondo le seguenti dimensioni: b = 0,40 m, base della luce; h = 0,45 m, altezza della luce. Con b = 0,40 m e h = 0,45 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,60 1,77 2,05 0,60 0,60 0,40 9,8160 0,63 Scarico di fondo della vasca di raccolta Le dimensioni della sezione, strettamente necessarie, per far fluire verso il canale di scarico la portata di progetto di 0,50 mc/s, sono le seguenti: b = 0,40m, base della luce; h = 0,340 m, altezza della luce. Con b = 0,40 m e h = 0,340 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,86 1,92 2,20 0,60 0,60 0,40 9,8160 0,50 Il transito dell acqua in condizioni di sicurezza è assicurato assegnando allo scarico di fondo le seguenti dimensioni: b = 0,40 m, base della luce; h = 0,45 m, altezza della luce. Con b = 0,40 m e h = 0,45 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: Relazione Tecnica Generale Pagina 57 di 78

59 h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 1,75 1,92 2,20 0,60 0,60 0,40 9,8160 0,66 Gli scarichi di fondo avranno, pertanto, le seguenti dimensioni: Scarico di fondo nel canale dissabbiatore: b = 0,40m, h = 0,45 m; Scarico di fondo nella vasca di raccolta: b = 0,40 m, h = 0,45 m; Scarico di fondo della vasca di carico Nella vasca di carico di carico sono presenti due scarichi di fondo: uno a servizio della vasca di arrivo delle adduttrici e uno a servizio della vasca di carico vera e propria. Essendo il tirante nelle due vasche lo stesso, il dimensionamento dello scarico di fondo è il medesimo. Le dimensioni della sezione, strettamente necessarie, per far fluire verso il canale di scarico la portata prudenziale di progetto di 1,16 mc/s, sono le seguenti: b = 0,40m, base della luce; h = 0,764 m, altezza della luce. Con b = 0,40 m e h = 0,764 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 3,236 2,43 4,00 0,60 0,60 0,40 9,8160 1,16 Il transito dell acqua in condizioni di sicurezza è assicurato assegnando allo scarico di fondo le seguenti dimensioni: b = 0,40 m, base della luce; h = 0,80 m, altezza della luce. Con b = 0,40 m e h = 0,80 m, le grandezze in gioco assumono i seguenti valori: h 1 h 2 h 3 µ 1 µ 2 b g Q m m m - - m m/s 2 mc/s 3,20 2,43 4,00 0,60 0,60 0,40 9,8160 1,23 Gli scarichi di fondo avranno, pertanto, le seguenti dimensioni: Scarico di fondo nella pre vasca di carico: b = 0,40m, h = 0,80 m; Scarico di fondo nella vasca di carico: b = 0,40 m, h = 0,80 m; Canale di scarico Opera di presa Fosso S. Giovanni Tale canale raccoglie le acque provenienti dallo scarico di fondo del canale derivatore, dallo sfioratore di superficie e dagli scarichi di fondo del dissabbiatore e della vasca di raccolta. Esso è realizzato mediante un canale in calcestruzzo, a pelo libero nel primo Relazione Tecnica Generale Pagina 58 di 78

60 tratto, adiacente al dissabbiatore e alla vasca di raccolta, e termina con un canale di forma circolare, di diametro esterno 1200 mm, a pelo libero che convoglia la portata scaricata nell alveo del Fosso. Il dimensionamento del canale, è definito a partire dal valore di portata da smaltire. La sezione del canale è rettangolare e la dimensione della base è pari a 1,25 m. L altezza del tirante idrico che si stabilisce nella sezione è valutata, attraverso la scala di deflusso, utilizzando la relazione di Chézy. Q = A χ R i Dove: b, h Rispettivamente: base del canale di presa e tirante idraulico; A = b h Sezione del canale; C = b + 2 h Contorno bagnato della sezione; R A / P = Raggio idraulico; 87 χ = γ 1 + R Coefficiente di Bazin; γ = 0, 20 Coefficiente di scabrezza delle pareti (in cemento in non perfette condizioni); i = 0, 024 Pendenza motrice; Q ( mc / s) Portata derivata. Si riporta di seguito la scala di deflusso relativa al canale: Per b=1,25 m e Q= 1,53 mc/s ( 0,60 + 0,28 + 0,32 +0,33) mc/s si ha: b h A C R χ V Q (m) (m) (mq) (m) (mq) (m 0,5 /s) (m/s) (mc/s) 1,25 0,294 0,367 1,838 0,199 60,11 4,16 1,53 Geometria Scala di deflusso relativa al canale di sfioro dell opera di presa sul Fosso S. Giovanni In corrispondenza della portata massima da allontanare, pari a 1,53 mc/s, il tirante i- drico assume un altezza pari a circa 0,29 m. Una volta che la portata è stata così raccolta nel canale di sfioro, essa verrà allontanata e riversata nell alveo del Fosso S. Giovanni mediante un canale a pelo libero, di forma circolare in materiale tecnicamente liscio, per circa 27 metri. Relazione Tecnica Generale Pagina 59 di 78

61 Le caratteristiche topografiche del sito hanno imposto una pendenza dello scarico dello 0,083%. h/d h [m] k [m 1/3 /s] i [%] A [mq] C [m] Q [m3/s] R [m] X [m^0,5/ s] Dcal [m] V [m/s] 0,90 0, ,00 0,083 0, ,573 1,24 0,307 98,56 1,03 1,57 Dove: i pendenza di fondo; k scabrezza delle pareti; Q portata di moto uniforme; h tirante idrico; A area della sezione idrica; C contorno bagnato; R = A/C raggio idraulico; X coefficiente di conduttanza; h/d grado di riempimento; V velocità in condotta Da quanto desumibile dalla tabella, il diametro di calcolo è 1,03 m a cui corrisponde un diametro esterno commerciale di 1200 mm. La portata che il suddetto scarico permette di far defluire è pari a 1,24 mc/s a fronte di 1,53 mc/s che si dovrebbe allontanare. Ciò significa che durante la fase di svuotamento delle vasche bisogna chiudere la paratoia del canale derivatore, prima di aprire le paratoie delle due vasche. Opera di presa Fiumara del Pegno Tale canale raccoglie le acque provenienti dallo scarico di fondo del canale derivatore, dallo sfioratore di superficie e dagli scarichi di fondo del dissabbiatore e della vasca di raccolta. Esso è realizzato mediante un canale in calcestruzzo a pelo libero nel primo tratto, adiacente al dissabbiatore e alla vasca di raccolta con pendenza pari 0,06, e termina con un canale di forma circolare, di diametro esterno 1200 mm, a pelo libero che convoglia la portata scaricata nell alveo della Fiumara. Il dimensionamento del canale è definito a partire dal valore di portata da smaltire. La sezione del canale è rettangolare e la dimensione della base è pari a 1,25 m. L altezza del tirante idrico che si stabilisce nella sezione è valutata, attraverso la scala di deflusso, utilizzando la relazione di Chézy. Si riporta di seguito la scala di deflusso relativa al canale: Per b=1,25 m e Q= 2,85 mc/s ( 1,06 + 0,50 + 0,63 +0,66) mc/s si ha: Relazione Tecnica Generale Pagina 60 di 78

62 b h A C R χ V Q (m) (m) (mq) (m) (mq) (m 0,5 /s) (m/s) (mc/s) 1,25 0,33 0,41 1,91 0, ,85 Geometria Scala di deflusso relativa al canale di sfioro dell opera di presa sula Fiumara del Pegno In corrispondenza della portata massima di dimensionamento, pari a 2,85 mc/s, il tirante idrico assume un altezza pari 0,33 m. Una volta che la portata è stata così raccolta nel canale di sfioro, essa verrà allontanata e riversata nell alveo della Fiumara mediante un canale a pelo libero, di forma circolare in materiale tecnicamente liscio, per circa 80 metri. Le caratteristiche topografiche del sito hanno imposto una pendenza dello scarico dello 1.30%. h/d H [m] k [m 1/3 /s] I [%] A [mq] C [m] Q [m 3 /s] R [m] X [m^0,5/s] Dcal [m] V [m/s] 0,57 0,59 120,00 1,30 0,4887 1,759 2,85 0,278 96,937 1,03 5,83 Da quanto desumibile dalla tabella, il diametro di calcolo è 1,03 m a cui corrisponde un diametro esterno commerciale di 1200 mm. Vasca di carico Tale canale raccoglie le acque provenienti dallo scarico di fondo della pre - vasca di carico, dallo sfioratore di superficie e dallo scarico di fondo della vasca di carico. Esso è realizzato, nel primo tratto, mediante un canale in cemento a pelo libero, adiacente alle due vasche con pendenza pari 0,4 % ed avente larghezza di base pari ad 1,00 m. Successivamente si innesta in una condotta a sezione circolare, avente diametro commerciale pari a Ø 630 mm e lunghezza pari a circa 400,00 m, l intero tratto è presidiato da pozzetti di salto al fine di limitare l energia cinetica della vena liquida con contestuale limitazione dei tratti in cui il profilo di corrente passa da pelo libero a forzato. L ultimo tratto, che immette le acque di scarico nel Fosso S. Giovanni, è realizzato mediante una condotta a sezione trapezia inversa avente le seguenti dimensioni interne, base minore pari ad 1,00 m, base maggiore pari a 2,44 m, altezza pari ad 1,00 m e pendenza di fondo pari al 2,00 %. È realizzato mediante la stesa di un materasso tipo Reno dello spessore medio di 0,30m conformato in opera alla geometria di progetto idraulico. Il profilo del tracciato è tale da generare dei salti di quota al fine di li- Relazione Tecnica Generale Pagina 61 di 78

63 mitare i movimenti di materia e contestualmente limitare l energia cinetica della corrente liquida. La scala di deflusso relativa al canale di sezione rettangolare, di base pari a 1,00 m e- videnzia che la massima portata genera un tirante idraulico pari a circa 0.54 m, ampiamente contenuto nella geometria della sezione di progetto. Perdite di carico nella condotta forzata Il dimensionamento del diametro della condotta forzata è stato effettuato in modo tale da avere il giusto compromesso tra perdite di carico e costo della stessa condotta. Il diametro D, determinato attraverso gli usuali procedimenti di calcolo, è pari a 800 mm. Si riporta di seguito la tabella riassuntiva delle perdite di carico, distribuite lungo la condotta, valutate mediante l espressione di Gaukler - Strikler: Scabrezza Coefficiente di resistenza Cadente Perdita di carico [m] k[= 3 ] m s β = 10,3 2 3 k D 2 2 Q Q j = β Y = β L 5 5 D D 120 7,705E-04 0, ,12 Dove i simboli usati rappresentano: Q = portata massima derivabile L = lunghezza condotta D = diametro condotta k = coefficiente di scabrezza di Strikler β = coefficiente di resistenza j = perdita di carico unitaria Y = perdita di carico totale La velocità dell acqua U, all interno della condotta di diametro 1000mm e di sezione A, si determina dalla relazione: Q U = e risulta pari a 1,55 m/s. A Perdite di carico all imbocco della condotta forzata L imbocco della condotta forzata è di tipo conico con rapporto Do/D pari a 2,00 (1,60 m / 0,80 m) e con L = 2D dove: L Do D lunghezza raccordo conico; diametro all imbocco; diametro della condotta forzata. Relazione Tecnica Generale Pagina 62 di 78

64 Dall espressione H = α V 2 /(2g), valida per perdite localizzate per imbocco di una condotta da serbatoio, si ottiene H = 0,02 m, assumendo α = 0,17. Assumendo α = 1 (condizione più svantaggiosa) si ottiene un H = 0,12 m. Canale di scarico della centrale di produzione La restituzione in alveo delle acque avviene mediante un canale a pelo libero. La scala di deflusso per il canale di scarico, con pendenza pari al 1,00%, con una Q di dimensionamento pari a 0,78 mc/s, è la seguente: h A P R χ V Q m mq m m m 0,5 /s m/s mc/s 0,205 0,41 2,41 0,17 46,45 1,92 0,78 Sono state assegnate, al canale di scarico della centrale, le seguenti dimensioni (base altezza): b h = 2,00 m 1,30m. Se si considera la portata media sui mesi di funzionamento dell impianto (Q = 0,563 mc/s), la scala di deflusso diventa: h A P R χ V Q m mq m m m 0,5 /s m/s mc/s 0,167 0,334 2,334 0, ,58 1,68 0,563 Determinando così un salto motore di 96,83 m. Relazione Tecnica Generale Pagina 63 di 78

65 ALLEGATO III Specifiche Tecniche Macchine ed Impianti Relazione Tecnica Generale Pagina 64 di 78

66 DESCRIZIONE TECNICA La presente sezione descrive le dotazioni tecniche necessarie per la realizzazione di una centrale idroelettrica composta da una turbina Pelton ad asse verticale. ELENCO DOTAZIONI A) GRUPPO TURBINA GENERATORE B) PARTI ELETTRICHE C) AUTOMAZIONE ED IMPIANTI ACCESSORI D) PROGETTAZIONE ALLEGATO 1: OFFERTA TECNICA La presente sezione descrive le dotazioni tecniche necessarie per la realizzazione di una centralina idroelettrica composta da una turbina francis ad asse orizzontale. ELENCO DOTAZIONI La centrale presenta le seguenti dotazioni, di seguito meglio descritte E) GRUPPO TURBINA F) GENERATORE G) IMPIANTI ELETTRICI H) AUTOMAZIONE I) IMPIANTI TECNICI J) PROGETTAZIONE ED ATTIVITA DI CANTIERE 1.A. GRUPPO TURBINA FRANCIS 1.A.1. Camera La camera è di forma evolutiva, realizzata in lamiera d acciaio saldata tra le flange principali. L interno può essere ispezionato periodicamente attraverso delle apposite finestre. I sensori di pressione ed un tappo di scarico sono fissati sui raccordi saldati a questo scopo sulla camera. La forma e lo spessore dell acciaio della camera sono oggetto di calcoli di pre - dimensionamento e di resistenza dei materiali. Questi calcoli permettono anche di ottimizzare il numero dei settori. Le pre -direttrici profilate rendono solidali le due flange della camera. Le fiancate superiori ed inferiori che reggono il distributore ed il mantello della girante sono fissate e centrate su queste 2 flange. Il diametro interno delle flange ed il fissaggio delle pareti sono concepite per un facile montaggio e smontaggio della girante e del distributore. Relazione Tecnica Generale Pagina 65 di 78

67 Fissaggio al suolo La camera della turbina è fissata su di una placca metallica inghisata nel cemento del getto di seconda fase. Riempimento Le camere sono predisposte con Bypass per permettere il riempimento delle camere medesime in fase di ripartenza. 1.A.2 Distributore Le pareti del distributore sono fissate sulle due flange della camera con delle viti modificate ed un giunto torico ne assicura la tenuta. Le direttrici sono in acciaio. L asse dei perni è posizionato sulle direttrici per fornire una coppia residua alla chiusura. La guida e la tenuta sono assicurate da dei giunti torici montati su boccole autolubrificanti. La movimentazione delle direttrici è assicurata da una catena di leve ed è attuata tramite pistone oleodinamico a doppio effetto. La chiusura del distributore è assicurata a mezzo di accumulatore d azoto. 1.A.3. Girante La girante è fusa in acciaio in un solo pezzo. Il modello è calcolato, disegnato e poi realizzato specificatamente per questa ruota in funzione : delle caratteristiche idrauliche, della velocità di rotazione, dell altezza del salto, della portata d acqua, Relazione Tecnica Generale Pagina 66 di 78

68 della qualità dell acqua, dei rischi di cavitazione, La ruota grezza di fonderia viene bilanciata e pre-lavorata, in seguito è pulita alla mola. Le pale sono calibrate e levigate, poi la ruota viene lavorata prima dell equilibratura finale. Il mozzo viene forato, quindi alesato per il fissaggio sull albero. 1.A.4. Albero Non esiste un albero turbina. La turbina è montata a sbalzo sull albero del generatore. I cuscinetti reggispinta pertanto sono quelli del generatore e sono correttamente dimensionati per supportare le spinte assiali e radiali in gioco. La tenuta è assicurata da dei doppi labirinti centrifughi con recupero delle fughe d acqua, mentre lo scolo è assicurato dalla depressione dell aspiratore. 1.A.5. Aspiratore L aspiratore in acciaio è a gomito e campana, di sezione evolutiva. E stato studiato per recuperare una parte dell energia cinetica dell acqua in uscita dalla ruota evitando comunque gli scollamenti ed i rischi di cavitazione. 1.A.6. Centralina di comando direttrici Il regolatore è composto da un circuito di comando per ciascuna turbina. il circuito di comando del distributore comprendente : Una pompa idraulica, Una valvola di sicurezza, Le elettrovalvole, Un filtro dell olio con" by-pass", Le sonde di pressione, Le valvole anti-ritorno, I martinetti idraulici, Un organo di sicurezza (accumulatore). Circuito di comando del distributore : La pompa idraulica mantiene un livello di pressione minimo nell accumulatore. Il pistone idraulico alimentato dalle elettrovalvole apre e chiude le direttrici. Sicurezza In caso di chiusura del parallelo, il distributore si chiude con la pressione dell accumulatore per evitare il fuori giri del gruppo turbina-alternatore. Per evitare i colpi di ariete, un diaframma pre-regolato controlla la lenta fermata del distributore. 1.A.7. Dati tecnici Tipo: Francis semplice Asse della girante: orizzontale Relazione Tecnica Generale Pagina 67 di 78