II Parte: Opere d adduzione a monte delle condotte forzate Vasche d oscillazione Condotte forzate Macchinari delle centrali

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1 II Parte: Opere d adduzione a monte delle condotte forzate Vasche d oscillazione Condotte forzate Macchinari delle centrali

2 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate The head race is a conveyance for water from the source (reservoir or river) to the power plant in the form of - a canal (open waterway), - tunnel (low-pressure conveyance) or - Penstock (high-pressure conveyance)

3 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate When the head and the distance between the intake and the power plant are significant, adduction is divided into : First part: head race (canal or tunnel) to take the water closer to the power plant: very mild slope free surface or low pressure Second part: short high slope necessarily at (higher) pressure Typically free surface waterway terminate in a forebay

4 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate Nell adduzione a pelo libero: Debolissima pendenza Moto idraulicamente lento Una perturbazione può quindi risalire la corrente con celerità nell ordine dei 6 8 m/s. Le perturbazioni di carattere elastico nelle condotte forzate raggiungono velocità nell ordine dei m/s. Il bacino di accumulazione o bacino di carico: Risolve i problemi dati da questa discontinuità; Agisce come serbatoio di compenso; Smorza le fluttuazioni di carico all imbocco della condotta forzata.

5 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate

6 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate Adduzione a pelo libero Vantaggi: Migliore comportamento idraulico, perché, a parità di sezione liquida, ammette un contorno bagnato minore; Non esistono i problemi statici dovuti al flusso di acqua in pressione; Il costo unitario dell opera risulta quindi inferiore. Svantaggi: La pendenza del canale deve coincidere con la pendenza motrice; Agli effetti del salto, viene perduto un eventuale battente d acqua in corrispondenza dell opera di presa; Non può seguire con prontezza, le continue variazioni di portata conseguenti alle regolazioni in centrale.

7 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate Adduzione a pelo libero - Canali coperti Possono essere costruiti: A mezza costa Economici; Soggetti a continui pericoli di frane o di cedimenti del terreno. In galleria Preferibili ai canali costruiti a mezza costa; Solitamente rivestiti con intonaco, talvolta in lamiera; Spesso a sezione circolare.

8 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate Adduzione in pressione Vantaggi: Comportamento idraulico: non ha vincoli né altimetrici né planimetrici; È in grado di utilizzare tutto il salto disponibile compreso il battente d acqua a monte della presa; Risponde con prontezza a variazioni anche rapide ed improvvise della portata. Svantaggi: In caso di rapide variazioni di regime subisce quelle rapide e violente perturbazioni di carico e portata che caratterizzano i noti fenomeni del colpo d ariete; Le proprietà statiche e meccaniche che la caratterizzano comportano costi maggiori.

9 Opere d Adduzione a Monte delle Condotte Forzate Campo di preferenza dei due tipi d adduzione A pelo libero: è solitamente impiegata negli impianti ad acqua fluente, dove manca l invaso artificiale e quindi lo svantaggio di perdere carico alla presa perde d importanza. In pressione: è solitamente utilizzata negli impianti a serbatoio, nei quali vi è interesse a non perdere il battente d acqua sulla sezione di presa.

10 Vasche d Oscillazione Funzionamento Q 1 h max Condizioni statiche: per Q = 0 m/s h = h invaso. Condizioni iniziali: per Q 0 h = h 0. Variazione di portata: da Q 0 a Q 1 < Q 0. Condotta forzata: passaggio da Q 0 a Q 1 quasi istantaneo. Condotta in pressione a monte della vasca d oscillazione: inizialmente l eccesso di portata in questa condotta, rispetto alla Q 1 nella forzata, accresce il livello della vasca d oscillazione costituendo, alla base del pozzo, un carico deceleratore che tende a frenare il deflusso; la portata all interno del primo tratto della condotta infatti decresce e il raggiungimento della portata Q 1 avviene per il livello di massimo sovralzo h max ; per effetto del carico deceleratore la portata continua a decrescere ed il livello comincia a diminuire; esaurito il carico la portata ricomincia a crescere mentre il livello continua a scende fino ad h min per Q 1 in aumento; in seguito si ripetono eventi analoghi (oscillazione), fino a quando, nel tratto di adduzione a monte del pozzo piezometrico, la portata si assesta sul valore Q 1. Q 1 0 Q 0 Q 1 Q 1 h invaso h 0 h 1 h min Q 1

11 Vasche d Oscillazione Requisiti di una vasca d oscillazione Il fenomeno consiste in un oscillazione di portata in arrivo e di quota d acqua nel pozzo piezometrico, attorno alle condizioni che caratterizzano il nuovo regime, oscillazioni che vanno gradualmente smorzandosi per effetto delle resistenze passive, quindi: è necessario che il carico antagonista, cui spetta il compito di provocare la prescritta variazione di regime in condotta, si stabilisca al più presto; si deve fare in modo, quindi, che le variazioni di quota nella vasca siano rapide; allo stesso tempo si devono evitare ampiezze d oscillazione eccessive e perdite d acqua; infine, si devono realizzare smorzamenti di entità il più possibile elevata, senza però introdurre in condotta grandi perdite di carico, che inciderebbero sfavorevolmente sul rendimento dell adduzione. Molte di queste esigenze sono in evidente contrasto: è necessario quindi, ricercare la soluzione che realizza il miglior compromesso.

12 Vasche d Oscillazione Tipologie di vasca d oscillazione Pozzo cilindrico Si tratta di una semplice vasca a sezione normalmente circolare e di altezza sufficiente per contenere le massime escursioni di livello dell acqua. Poco efficace, infatti: una sezione troppo ristretta dà luogo ad ampiezze d oscillazione eccessive; una sezione troppo ampia, oltre ad aumentare notevolmente il costo del manufatto, ha il difetto di instaurare i carichi deceleratori troppo lentamente e quindi di prolungare troppo il moto vario che s interpone fra i due regimi.

13 Vasche d Oscillazione Tipologie di vasca d oscillazione Vasche di espansione Sono pensate in modo tale da correggere i difetti del pozzo cilindrico. Allo scopo, la sezione in corrispondenza del pelo libero a regime è ristretta e si espande o superiormente o inferiormente o, nella configurazione più efficace ma anche più costosa, sia superiormente sia inferiormente, in camere di grande sezione. In questo modo il carico deceleratore o acceleratore si stabilisce con grande prontezza, mentre le espansioni provvedono a limitare le ampiezze d oscillazione.

14 Vasche d Oscillazione Tipologie di vasca d oscillazione Pozzo a stramazzo La limitazione del massimo sovralzo si può ottenere anche sostituendo la vasca superiore con una soglia tracimante. Questa soluzione comporta: il vantaggio di un notevole risparmio di spesa; lo svantaggio di una perdita d acqua in caso di ampie oscillazioni.

15 Vasche d Oscillazione Tipologie di vasca d oscillazione Pozzi a smorzamento Nei pozzi a smorzamento la comunicazione tra condotta e pozzo è costituita da strozzature opportunamente dimensionate, resistenze introdotte al fine di: diminuire le ampiezze e ad accrescere lo smorzamento delle oscillazioni; realizzare rapidamente il carico antagonista nel pozzo.

16 Vasche d Oscillazione Tipologie di vasca d oscillazione Vasca differenziale Johnson È una combinazione delle tipologie fondamentali finora illustrate, particolarmente efficace. La vasca vera e propria comunica, per mezzo di strozzature di smorzamento, con un tubo ristretto a collegamento diretto, a sua volta connesso con la condotta forzata. Manovra di apertura: il comportamento del dispositivo è praticamente identico a quello del comune pozzo a smorzamento. Manovra di chiusura: l acqua sale rapidamente nel tubo instaurando assai rapidamente il carico deceleratore e successivamente stramazza dal tubo nella vasca.