Selezione del generatore idroturbinato: misurazione del salto e della portata

Per stabilire se un fiume è adatto alla produzione di energia e quale dimensione di turbina idraulica con generatore sia appropriata, il primo passo consiste nella misurazione di due dati fondamentali: il salto d’acqua e la portata. Questi due parametri determinano la capacità di generazione di energia e costituiscono la base per la scelta e la quotazione della turbina idraulica con generatore.

La misurazione non richiede ingegneri specializzati; sono sufficienti un telefono cellulare e un secchio.

Misurazione del salto d’acqua

Il salto d’acqua indica la differenza di altezza verticale tra l’imbocco e il punto di installazione della turbina idraulica con generatore. Si misura in metri. Esistono due tipi di salto d’acqua: salto lordo e salto netto.

Il salto lordo indica il dislivello verticale tra i livelli dell’acqua a monte e a valle, ovvero la differenza teorica totale di altezza; mentre il salto netto indica il dislivello effettivamente utilizzabile dal gruppo turbina-generatore. A causa delle perdite per attrito dovute al flusso dell’acqua nella tubazione di presa (tubazione sotto pressione), il salto idrico netto è sempre leggermente inferiore al salto idrico lordo. Questo costituisce la base per il calcolo della potenza effettivamente generata.

Esistono principalmente tre metodi di misurazione comunemente utilizzati:

App per smartphone – Misuratore di altitudine

Aprire la funzione di misurazione dell’altitudine sul proprio telefono cellulare (sugli iPhone è possibile utilizzare l’applicazione integrata "Bussola"; sui telefoni Android è possibile scaricare gratuitamente un’applicazione per la misurazione dell’altezza). Registrare l’altitudine nel punto di presa predeterminato, quindi camminare fino al punto di installazione predeterminato della turbina idraulica e registrare nuovamente. La differenza tra le due letture corrisponde all’altezza del salto motore. Questo processo richiede soltanto circa due minuti. Effettuare più misurazioni e calcolarne la media permette di ridurre gli errori.

Manometro

Se la tubazione dell’acqua è già stata installata, è possibile montare un manometro all’estremità della tubazione. Chiudere la valvola in modo da arrestare il flusso d’acqua nella tubazione. La lettura ottenuta in questo momento corrisponde alla pressione relativa. Il rapporto di conversione è il seguente: 1 bar ≈ 10 metri di salto motore, 1 MPa ≈ 100 metri di salto motore. Quando la valvola è aperta e la turbina idraulica funziona normalmente, il valore visualizzato dal manometro corrisponde al salto motore netto.

Livellatore o GPS

Se le condizioni sul posto lo consentono, l’uso di un livellatore per misurare la differenza di livello dell’acqua tra monte e valle è il metodo più preciso. In alternativa, si può utilizzare anche un dispositivo GPS con funzione di misurazione dell’altitudine.

Misurazione della portata

La portata indica il volume d’acqua che fluisce in un’unità di tempo, solitamente espresso in metri cubi al secondo (m³/s) o litri al secondo (L/s). Solo conoscendo la portata è possibile scegliere in modo ottimale il generatore idroturbina più adatto. A seconda delle dimensioni della sorgente idrica, esistono due metodi pratici di misurazione.

Metodo del secchio: adatto a corsi d’acqua a bassa portata

Per portate ridotte, questo è il metodo più semplice e preciso:

● Utilizzare pietre o assi di legno per convogliare l’acqua verso un’unica uscita;

● Posizionare sotto l’uscita un secchio di capacità nota e utilizzare il cronometro dello smartphone per misurare il tempo necessario a riempirlo;

● Portata = Capacità del secchio / Tempo di riempimento (s).

Ad esempio, se un secchio da 20 L può essere riempito in 4 secondi, la portata è pari a 20 / 4 = 5 L/s. È importante notare che per ottenere un risultato più accurato e affidabile si devono effettuare più misurazioni e calcolarne la media.

Metodo della sezione trasversale: applicabile a canali con flusso d’acqua di grandi dimensioni

Quando la portata è troppo elevata e risulta scomodo utilizzare un secchio, si può ricorrere al metodo della sezione trasversale per misurare la portata dell’acqua (e questa situazione è particolarmente adatta anche all’impiego di un generatore idroelettrico con turbina ad acqua di grandi dimensioni):

● Misurare l’area della sezione trasversale: moltiplicare la larghezza del canale per la profondità dell’acqua per ottenere l’area A (m²). Se la forma del canale è irregolare e difficile da misurare, è possibile suddividerla in diverse parti, misurarle separatamente e quindi sommarle.

● Misurare la velocità di flusso: lasciare cadere foglie o altri oggetti galleggianti sulla superficie dell’acqua e registrare il tempo necessario perché percorrano una certa distanza (ad esempio, 10 m). Dividere la distanza per il tempo per ottenere la velocità di flusso V (m/s).

● La formula per calcolare la portata è: Q = area della sezione trasversale A × velocità di flusso V.

Analogamente, anche in questo caso vanno effettuate più misurazioni e ne va calcolata la media.

Dopo aver misurato il salto d’acqua e la portata, possiamo fornirvi i dati raccolti e vi proponiamo il generatore idroturbina più adatto alle vostre esigenze.