Ciao,
riferendosi all'esempio della centrale, che come capirai mi appasiona
particolarmente, considerando una turbina ti tipo pelton (quella a cucchiai
simile alla ruota di un mulino) bisogna tenere presente come � fatto
l'impianto....
Dalla diga partono la condotte forzata, che ipotizziamo abbia un diametro D,
tale condotta scende a valle superando un dislivello Z.
A questo punto (e qui sta il trucco...) la condotta cambia diametro e si
riduce a "d" in un oggetto opportunamente sagomato che si chiama iniettore.
In questo iniettore c'� anche un dispositivo (ago) che consente di chiudere
e regolare l'apertura.
Supponiamo che la nostra condotta sia piena d'acqua, che l'ago chiuda
completamente l'iniettore. L'acqua non esce e la turbina � ferma. Anche
l'acqua lungo la condotta � ferma.
Qual'� la situazione energetica del nostro impianto?
Fissiamo un riferimento per le quote verticali, dicendo che esse sono nulle
in corrispondenza dell'iniettore e aumentano fino a Z sulla superficie del
lago.
A monte, sulla superficie del lago (es. Z=100m) l'energia posseduta da un
volumetto d'acqua (carico idraulico H) � di tipo potenziale, in ingegneria
idraulica, dove si parla di energie specifiche al peso di un certo
volumetto, questa energia � propio pari a H=Z=Z*Peso/Peso (misurata in
metri) = 100m
Scendendo in "profondit�", entrando nella condotta e scendendo verso
l'iniettore, l'energia rimane costante.
Infatti la quota Z diminuisce, ma compare un nuovo dipo di energia,
chiamata "di pressione", che in sostanza altro non � che un'energia di tipo
elastico.
Questa energia (specifica) � uguale a P/gamma dove P � la pressione, gamma
il peso specifico dell'acqua.
La pressione P in idrostatica (nel nostro caso l'acqua � ferma) si esprime
con la legge di stevino P=gamma*y dove y � l'affondamento sotto la
superficie
Si vede quindi che l'energia in corrispondenza dell'iniettore (Z=0 m) il
carico idraulico (energia specifica) sar� dato da
H=Z+P/gamma = 0 + (100*gamma)/gamma = 100 m
Ora apriamo un po' l'ago del nostro iniettore per avviare la turbina.
Ad esempio apriamo una sezione di 5 cm^2, pi� indietro la condotta ha una
sezione molto pi� grande, ad esempio 1 m^2
E' del tutto intuitivo affermare che l'acqua inizier� a fluire nella
condotta, e dopo un certo tempo fluir� una portata costante. (supponiamo
che il livello del lago non cambi)
Ora la situazione si complica parecchi, ma per farla breve il nuovo quadro
energetico � il seguente:
Lago (acqua ferma)
H=Z=100
Partenza condotta (acqua in accelerazione)
L'acqua infilandosi nella condotta � costretta a brusce variazioni di
traiettoria, inoltre inizia a muovere e i volumetti di acqua scorrono gli
uni vicini agli altri "sfregando" tra loro e con le pareti del tubo.
L'energia si conserva sempre, avremo che H=Z+P/gamma+v^2/(2g)+deltaH
Sono comparsi due nuovi termini, nuove forme energetiche:
v^2/(2g) � una quantit� di energia che chiamiamo cinetica, sempre divisa per
il peso del volumetto di fluido in quesione.
Infatti v^2/(2g)=1/2*m*v^2 / (m*g)
deltaH rappresenta invece le dissipazioni energetiche che in sostanza si
possono ricondurre a riscaldamento dell'acqua e della parete del tubo
(energia sotto forma di calore)
Avremo ad esempio H=95+2+1+2=100
Si noti che se l'acqua fosse ferma come prima P/gamma sarebbe pari a 5,
invece ora essendo l'acqua in moto la pressione aumenta meno al calare
quella quota Z a causa delle 2 nuove forme energetiche presenti.
Ora scendendo lungo la condotta avremo che il termine deltaH continuer� ad
accumulare le dissipazioni dovute agli attriti, la quota diminuir�, la
pressione aumenter� ma meno rispetto al caso di prima, l'energia cinetica
rimarr� costante essendo costante il diametro della condotta e quindi la
velocit� cui score la nostra portata.
Appena prima dell'iniettore (dove il tubo si restringe gradualmente da 1m^2
a 5 cm^2) la situazione sar� ad esempio:
H=0+90+1+9=100
Ora attraversando l'iniettore l'acqua con portata Q=cost dovr� accelerare e
raggiungere velocit� molto elevate (tipicamente qualche centinaio di km/h)
per poi uscire dall'iniettore (con area pi� piccola della condotta) in una
zona dove non c'� acqua, (in atmosfera), dove la pressione � nulla
appena fuori dall'iniettore il getto che andr� ad incidere sulla pala avr�:
H=0+0+90+10=100
E' qui che � avvenuta la "trasformazione" che a trasformato in sostanza
l'energia di pressione in energia cinetica.
Quindi il nostro getto con energia esclusivamente cinetica = 90 spinger� la
pala.
Ultima nota a questa noiosa storiella:
Se non vi fosse l'iniettore, ma soltanto la nostra condotta con area da 1m^2
cosa succederebbe?
Abbastanza semplice, si toglierebbe una sorta di freno, che limitava la
portata Q.
Cos� la portata aumenterebbe parecchio e con essa aumenterebbero moltissimo
gli attriti e le perdite energetiche.
In fondo alla condotta la situazione potrebbe essere la seguente:
H=0+0+20+80=100
Il nostro getto avrebbe una portata magiore ma un'energia cinetica specifica
molto bassa, e quindi una potenza che potrebbe essere minore del caso
precendente.
Spero di aver fatto un po' di luce e di non aver confuso ancora di pi�...
Chiedo scusa agli esperti per le troppe semplificazioni e ipotesi implicite,
ma spero che il discorso sia abbastanza sensato :-)
Ciao a tutti e auguri
"news tin.it" <peppepin_at_libero.it> ha scritto nel messaggio
news:Tmazd.567895$35.23967490_at_news4.tin.it...
> Un corpo di massa m, soggetto ad una forza aquista velocit� v, questo
corpo
> aquista energia cinetica pari a 1/2 della massa per il quadrato di v,
vorrei
> sapere in che modo il corpo aquista energia?, cio� ad esempio una centrale
> elettrica a diga dove l'acqua per caduta attraverso delle condotte forzate
> muove le pale di una turbina per far ruotare un alternatore e produrre
> energia elettrica, l'energia elettrica ottenuta proviene dall'energia
> cinetica aquistata del liquido per caduta, ma l'energia cinetica aquistata
> da dove proviene?da quale trasformazione?.Grazie
Received on Sun Dec 26 2004 - 17:27:25 CET