Roată hidraulică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Roată de apă la cheiul Morwellham ( Devon , Anglia )

Roata de apă este un dispozitiv conceput pentru a transforma energia potențială sau cinetică a fluxurilor mici în energie mecanică sub formă de mișcare rotativă [1] .

Istorie

Roată de apă în serviciul morii de bumbac Dell'Acqua din Legnano, construită în 1894 de-a lungul râului Olona .

Roata de apă a fost precursorul așa - numitelor motoare primare , adică cele care transformă direct energia disponibilă în natură în energie mecanică. Primele sale aplicații sunt foarte vechi și probabil au fost legate de măcinarea cerealelor. Este probabil ca primele roți să fie de tipul de jos (vezi mai jos) [2]

Dezvoltarea maximă a avut loc în secolul al XVIII-lea , înainte de apariția motorului cu aburi și a construcției de turbine hidraulice , care sunt evoluția sa naturală. În acest sens, roata de apă a permis declanșarea revoluției industriale, care a fost apoi alimentată de motoare de putere mai mare.

„Rovigo”

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: morile de apă pe râul Olona .

În Valea Olona , roțile de apă aflate în serviciul morilor de apă erau numite „rodigini” [3] . După 1820, au început să fie folosite pentru a muta utilajele meșterilor și fabricilor incipiente [4] .

Inițial erau fabricate în întregime din lemn, se caracterizau prin prezența de paleți plăti și aveau un randament de 30% [3] . Mai târziu, aceste roți din lemn au fost înlocuite cu roți de apă de fier cu aripi curbate, care au avut o eficiență mai mare [5] .

Morile de la Rovigo au fost apoi înlocuite cu turbine hidraulice mai moderne și mai eficiente [5] .

Tipuri de roți

Există în esență patru tipuri:

  • roata laterală
  • roata de sus
  • roata de jos
  • roata cinetică

Diferitele tipuri se aplică în mod evident diferitelor configurații ale cursurilor de apă, deoarece roata laterală și de jos necesită o înălțime minimă de cădere și, prin urmare, este potrivită pentru a fi scufundată în cursul de apă; roata lovită în vârf necesită o cădere mai mare și se adaptează la fluxuri mici sau, în alt mod, necesită lucrări mai complexe.

Rețineți, ca curiozitate, că roata lovită în partea de sus este, în practică, inversa noriei , iar roata laterală este de obicei motorul utilizat pentru a conduce noria însăși.

Rotiți lateral și de jos

Fig. 1: Rotiți lateral (canal secționat)

În acest tip de roată, apa pătrunde în roată în amonte și acționează asupra lamelor în funcție de greutate. Pentru a exploata și forța de impact, adică energia cinetică a curentului, va fi necesar să proiectăm profilul lamei într-un mod optim și să alegeți o viteză de rotație adecvată [6] . Paletele sunt integrate cu arborele de transmisie prin intermediul unei structuri adecvate. Roțile inferioare diferă de roțile laterale din acest motiv: în cele din lateral, apa pătrunde cam la jumătatea roții sau în treimea mijlocie a roții, în timp ce în cele de jos, pe de altă parte, apa intră mult sub axa de rotație a roții. și, prin urmare, sunt utilizate în locuri cu salturi mult mai mici. Roțile laterale pot fi utilizate până la sărituri de aproximativ 4 m, în timp ce sub 1,5 m se utilizează roțile de jos. Debitele maxime de unică folosință sunt de aproximativ 1 m³ / s pe metru de lățime. La următorul link, există un exemplu de roată de șold: https://www.youtube.com/watch?v=dCVWwPHCENc

În ceea ce privește roțile de jos, este posibil să se identifice roțile de tip Sagebien, cu lame plate și optimizate pentru a reduce pierderile de energie în amonte (video: https://www.youtube.com/watch?v=f-AfK2Bl4NY ) și cele de tip Zuppinger, cu lame curbate optimizate pentru a reduce pierderile de energie în aval, în afara apei (video: https://www.youtube.com/watch?v=zCJ9h36lJqU )

Puterea furnizată de roata laterală poate fi evaluată prin măsurarea diferenței de nivel a apei între roata din amonte și cea din aval (H în figură) și debitul sau, printr-o altă metodă, luând în considerare cuplul creat pe arbore de presiunea H acționând pe raza efectivă a roții și viteza de rotație.

Puterea este reglată prin variația debitului prin intermediul unor ecluze plasate în canalul din amonte de roată.

După cum sa menționat, în cele mai recente modele lamele au un profil curbiliniar, pentru a reduce pierderile datorate rezistenței apei la ieșirea și intrarea lamei în sine din scufundare. Eficiența hidraulică maximă calculată prin experimente de laborator la Politecnico di Torino este de ordinul 70-85% [7] . Eficiența rămâne optimă pentru o gamă largă de debituri.

Rotiți de sus

Fig. 2: Roată lovită la vârf

În acest tip (a se vedea figura 2) există camere care sunt umplute cu apă în partea superioară a roții. Apa tinde să cadă sub acțiunea gravitației. Apa din compartimente acționează în funcție de greutate, creând astfel un cuplu care setează roata în rotație. Un exemplu poate fi găsit la acest link: https://www.youtube.com/watch?v=O5CQ6wjZ02U

Eficiența hidraulică maximă constatată prin experimente de laborator la Politecnico di Torino este între 80% și 85% [8] . Aceste eficiențe sunt constante pe o gamă largă de debite și viteze de rotație.

Debitul maxim de unică folosință este de aproximativ 100-200 l / s pe metru de lățime.

Aceste roți sunt utilizate de obicei în zonele montane, unde există pâraie cu debituri mici și salturi de aproximativ 3-6 metri.

Roată cinetică

Roata cinetică poate fi văzută ca o roată de jos în care sarcina H dispare, adică se folosește doar forța cinetică a apei. Prin urmare, eficiența hidraulică este de ordinul 30-40%. Eficiența poate crește în cazurile în care obstrucția canalului datorită prezenței roții creează o creștere a nivelului apei în amonte de roată, astfel încât chiar și flotabilitatea este exploatată. [9]

Roțile de apă astăzi

În ultimii ani, datorită noii sensibilități față de sursele regenerabile , hidroelectricitatea joacă un rol de primă importanță în producția de energie curată. Cu toate acestea, amplasamentele pentru instalarea hidrocentrale mari și a barajelor sunt în mod substanțial epuizate în Europa . Ca urmare, hidrohidraulicele mici, numite mini / microhidro, atrag o atracție considerabilă. Prin mini hidroelectrice ne referim la toate acele centrale cu puteri instalate sub 1000 kW, în timp ce pentru microhidroelectrice acele centrale cu puteri sub 100 kW, care includ roțile hidraulice. Proiectul Restor Hydro al Asociației Europene pentru Hidroenergie Mică estimează că în Europa există aproximativ 350.000 de situri adecvate pentru uzine de acest tip și mai mult de 5.000 în Italia. Roțile hidraulice de dedesubt și din lateral pot fi instalate pentru a produce energie mecanică și / sau electrică în locuri cu salturi hidraulice de obicei mai mici de 4 m și debituri de ordinul maxim de metru cub pe secundă pe metru de lățime. Roțile de sus în locații cu salturi de până la 6 m, dar raze mai mici. În plus, roțile hidraulice sunt de construcție simplă, necesită mai puține lucrări civile și generează impacturi foarte mici asupra mediului. Un sistem de roți cu apă se plătește, în general, în 7 ÷ 12 ani. Mai mult, atunci când sunt recuperate din vechile mori, roțile permit, de asemenea, conservarea și punerea în valoare a patrimoniului cultural, sporind ecoturismul. Roțile de apă sunt mașini „prietenoase cu peștii”, iar testele experimentale efectuate în Germania arată că, în comparație cu șuruburile hidrodinamice (melci), acestea cauzează mai puține daune faunei piscicole [10] .

Adesea, designul unei roți de apă este subestimat, deoarece roata este considerată un rotor simplu și ușor de instalat. În realitate, totuși, chiar și proiectarea unei roți de apă trebuie luată în considerare: numărul și forma lamelor, diametrul și lățimea, viteza de rotație, modelarea canalului în aval și în amonte, sunt elemente esențiale, al căror design hidraulic trebuie să fie bine îngrijit.în scopul optimizării randamentului său [11] . Cu toate acestea, majoritatea informațiilor tehnice privind roțile de apă datează din secolul al XIX-lea. În ultimii ani, cercetarea științifică a lucrat din acest motiv pentru a îmbunătăți aceste informații, care sunt adesea învechite, incomplete și nu optime, în special la Politecnico di Torino. În concluzie, roțile de apă reprezintă o tehnologie extrem de interesantă, datorită numeroaselor avantaje ale acestora. Cu toate acestea, deși roțile de apă nu sunt o tehnologie recentă, acest lucru nu înseamnă că sunt simple ca design (chiar dacă sunt mai ușor de instalat și construit decât alte tehnologii). Prin urmare, cercetarea devine necesară pentru a oferi cel mai mare număr de informații utile pentru proiectul lor, cum ar fi formule pentru estimarea eficienței și rezultate experimentale pentru identificarea gamelor optime de capacități și viteze de rotație, în care ar trebui să funcționeze fiecare roată ( https: // www.youtube.com/watch? v = UQ_N2zEkKnA ).

Notă

  1. ^ Emanuele Quaranta, Știri - Mini hidroelectric: Nu trebuie să fii mare pentru a ieși în evidență | Orizzontenergia , pe horizontenergia.it . Adus la 19 ianuarie 2017 (arhivat din original la 31 ianuarie 2017) .
  2. ^ (EN) Emanuele Quaranta, Water Wheels: Bygone Machines or Attractive Hydropower Converters? - Răspunsuri la provocările corporative și inovarea | PreScouter , în Răspunsuri la provocări și inovații corporative | PreScouter , 3 octombrie 2016. Adus pe 19 ianuarie 2017 .
  3. ^ a b Macchione, 1998 , p. 323 .
  4. ^ Macchione, 1998 , p. 122 .
  5. ^ a b Macchione, 1998 , p. 324 .
  6. ^ (EN) Quaranta Emanuele și Revelli, Roberto, simulări CFD pentru a optimiza proiectarea roților cu apă: studiu de caz al unei roți cu apă existente pe piept pe ResearchGate. Adus la 22 ianuarie 2017 .
  7. ^ Emanuele Quaranta și Roberto Revelli, Caracteristici de performanță, pierderi de putere și estimarea puterii mecanice pentru o roată de apă împușcată la piept , în Energy , vol. 87, 1 iulie 2015, pp. 315-325, DOI : 10.1016 / j.energy.2015.04.079 . Adus pe 19 ianuarie 2017 .
  8. ^ Emanuele Quaranta și Roberto Revelli, Puterea de ieșire și estimarea pierderilor de putere pentru o roată de apă supradimensionată , în Energie regenerabilă , vol. 83, 1 noiembrie 2015, pp. 979–987, DOI : 10.1016 / j.renene.2015.05.018 . Adus pe 19 ianuarie 2017 .
  9. ^ (RO) Emanuele Quaranta Mașina de presiune hidrostatică: producerea de energie prin autogenerarea capului hidraulic - Răspunsuri la provocările corporative și inovare | PreScouter , în Răspunsuri la provocări și inovații corporative | PreScouter , 8 noiembrie 2016. Adus 19 ianuarie 2017 .
  10. ^ Roțile de apă Quaranta Emanuele și Muller Gerald, Sagebien și Zuppinger pentru aplicații hidroenergetice cu cap foarte scăzut între 0,3 și 1,5 m , în Hydraulic Research 2017 , în presă.
  11. ^ E. Quaranta și R. Revelli, Optimizarea performanței roților de apă pe piept utilizând diferite configurații de intrare , în Energie regenerabilă , vol. 97, 1 noiembrie 2016, pp. 243-251, DOI : 10.1016 / j.renene.2016.05.078 . Adus pe 21 ianuarie 2017 .

Bibliografie

  • Cavalli CA, Mașini hidraulice , Hoepli, Milano, 1976
  • Loffi SG, Istoria hidraulicii. Consorțiul de irigații Cremonesi, Cremona 2005.
  • Paola Di Maio, De-a lungul râului. Terenuri și oameni în vechea vale Olona , Corsico, Teograf, 1998.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 48999 · LCCN (EN) sh85145671 · GND (DE) 4064765-1 · BNF (FR) cb11968783g (dată) · NDL (EN, JA) 00.571.636
Inginerie Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu ingineria
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Wheel_hydraulics&oldid=122374074 ”