Discussione: Consigli per il restauro di una ruota idraulica

ciao a tutti, ho scoperto da poco il forum e sono rimasto molto colpito dalla professionalità degli interventi. Vorrei approfittare della vostra competenza per chiedere un consiglio.
Se tutto va in porto dovrei installare una ruota idraulica per produrre energia. Poca cosa, ma il proprietario del mulino è interessato al ripristino e della vecchia concessione.
La portata è di 500 l/s e il modesto salto idraulico è pari a 85 cm.
Si pensava di realizzare una ruota in profili di acciaio di 4,4 m di diametro per una larghezza di 1 m in modo da riproporre le dimensioni della vecchia ruota in legno che però funzionava con un salto di 1,5 m.
Viste le ridotte dimensioni del salto, è il caso di ridurre anche il diametro della ruota? Premetto che questo può comportarmi dei problemi per le autorizzazioni.
La seconda questione è relativa alla profilatura delle pale. Trattandosi di una ruota lenta colpita sul fianco, esistono in letteratura dei valori di riferimento per dimensionare il numero di pale e la loro geometria?

Buongiorno Pioneer,
Ti do il benvenuto nel forum.
Da parte mia nn ho competenze specifiche in materia ma tra gli altri amici frequentatori del forum ce sono alcuni tecnicamente preparati che potranno dare preziosi consigli.
Buon proseguimento e buon lavoro.
ciao car.boni

Ciao,

una domanda ... come mai non sfrutti il salto di 1,5 metri ma bensì 0,85? ti chiedo questo perchè con quella portata e quel salto hai una potenza idraulica teorica di 4.1 KW ... mettici i rendimenti e tutto non so .. vero che con 1,5 i KW salirebbero a 7,xx che non sono tantissimi ma forse sarebbero più interessanti.
ciao

Mat

Non posso sfruttare il salto di 1,5 m perché gli Enti competenti per il corso d'acqua non mi permettono di ripristinare la quota idrometrica originaria a monte del mulino. Perciò mi devo accontentare di mantenere la quota idrica attuale.

Ciao a tutti ,
Pioneer ,se ti va bene ,anzi benissimo il tuo mulino produrrà 2.5kW .
Se ora ti elenco i costi per fare una ruota da 4 mt completa di albero ,cuscinetti di supporto ,giunto elastico ,moltiplicatore di giri + progettazione + installazione e messa a punto ... rabbrividisci.
La mia esperienza mi suggerisce 20000-25000 euro non meno .
Buon lavoro !

caro sandroturbine...
probabilmente produrrà anche meno, ma la scelta di installare la ruota non si limita solo al puro ritorno dell'investimento. Ho dei preventivi per la realizzazione della parte meccanica e non andrò lontano dalle cifre che hai indicato, anzì, ti dico già che saranno superate.

Bene ,
risolti i problemi economici possiamo parlare degli aspetti tecnici .
Dovendo costruire tutto nuovo le cose si semplificano un po .
Penso che la cosa più semplice sia prendere spunto da ruote funzionanti di quel tipo , Ho ristrutturato una ruota da 6 mt e a parte qualche problema meccanico, il suo rendimento è molto buono .
Sfruttando la tecnologia di taglio laser attuale si potrebbe fare una ruota in lamiera nervata di inox imbullonata o rivettata . Il problema è che apparirà come un disco volante conficcato a terra , non so se è possibile un trattamento di brunitura .
Ciao.

Ciao,

se sei consapevole che la potenza in uscita non sarà elevatissima ... ti consiglio di realizzarla più simile possibile alla vecchia così i vari enti saranno più favorevoli a darti le varie concessioni! Non sapendo come era fatta la vecchia posso ipotizzare che avesse le pale piatte, magari facendolo curve con un introduttore qualche vantaggio potresti averlo. Ricordati che la macchina lavora per peso ... quindi più acqua metti nelle casse, più pesano!
Se vuoi per la parte elettrica ti posso dare una mano volentieri.
ciao
Mat

infatti, ho preso spunto da ruote funzionanti di quel tipo. Con l'aiuto di un tecnico di un'officina meccanica ho disegnato una ruota a 36 pale in lamiera nervata. La mia preoccupazione è di non compromettere troppo i rendimenti con rapporti geometrici del manufatto errati. Mi pare di capire dalle Vs considerazioni che i rapporti tra diametri, geometria delle pale e canale di derivazione non siano fondamentali per quanto concerne i rendimenti se si ripropongono le usuali geometrie dei vecchi mulini.

Ciao Pioneer10
Dal tenore dei tuoi interventi, si intuisce una buona competenza nell'argomento ed una forte determinazione, tua e del proprietario.
Condivido in linea di massima gli interventi di chi mi ha preceduto. Per parte mia ti suggerisco, prima di stendere il disegno definitivo, di cercare localmente tutti i mulini similari sopravvissuti e di fotografarli. Potranno fornirti, per confronto, utili ispirazioni. Spesso sono costruiti in modo piuttosto grossolano, ma mi sembri preparato per riuscire a discernere fra le cattive realizzazioni e quelle efficenti.
Nei corsi d'acqua, rogge e canali della pianura lombarda i mulini alle reni o da sotto abbondano (abbondavano!)
Non sarei particolarmente angosciato dal materiale da utilizzare. Conosco realizzazioni in ferro (e legno e perfino parti in ghisa) in funzione da almeno un secolo! Trovo l'acciaio inox, per un mulino tradizionale, piuttosto fuori luogo ed eccessivo. Al limite pitturalo in minio od antiruggine grigia.
Se vuoi ottenere dignitosi rendimenti, cura la geometria della ruota, intesa come tolleranze dimensionali e mantieni limitati i giochi con la corsia nella quale la ruota gira.
Ti allego un paio di link a you tube, significativi di questa tipologia di mulino ed alcune immagini postate parecchio tempo addietro da Buran.
Dispongo di svariato materiale che riguarda il proporzionamento delle ruote idrauliche, prevalentemente da sopra (purtroppo alquanto antiquato).
Se ritieni ti possano interessare, comunicami il tuo indirizzo e-mail tramite messaggio privato.

YouTube - Mulino idraulico di Torre Pallavicina

YouTube - Poncelet

YouTube - Mulino a acqua

Penso che l'unico materiale per costruire una ruota "di sotto di quelle dimensioni sia proprio la lamiera nervata ,se la facciamo di ferro servono piastre almeno da 6 mm di spessore .
Sono daccordo con te ; per mantenere i rendimenti buoni le tolleranze tra canale e pale devono essere ridotte al minimo (5 mm ) questo significa che la ruota ,viste le dimensioni deve avere una rigidità eccezzionale .
Non è sufficiente un tecnico d'officina ,occorre un progetto 3 d e i pezzi tagliati con il laser ,altrimenti alla fine le tolleranze saranno troppo elevate
Sconsiglio la saldatura per i motivi sopra elencati ,meglio rivetti o i bulloni .La sagoma del canale deve
essere perfetta ,l'angolo d'attacco delle pale anche , i giri (3-5 al minuto ) devono essere corretti per il massimo rendimento modificando il rapporto finale a cinghia o spostando la frequenza del generatore se si va in rete con un inverter ,
L'albero deve trasmettere una coppia nominale di 10000 Nm ! serve almeno da 100mm
Il moltiplicatore per durare almeno 10 anni deve sopportare una coppia nominale sull'albero lento del doppio .
Per avere un'efficienza discreta il generatore deve essere un 4 poli a 1500 giri ,si puo usare un magneti permanenti da 300-500 giri ma si devono fare delle flange d'accoppiamento con i bulloni calibrati che saltano in caso di sovraccarico ,personalmente preferisco usare Asincroni ad alta efficienza .
Ciao.

Quelle di Sandro sono considerazioni esaustive e perfette, ciò che farei se dovessi costruirne una.
Aggiungo solo una precisazione già implicita nella sua esposizione e che forse conoscerai.
Per il miglior rendimento la parte più esterna delle palette deve essere tangente alla risultante vettoriale fra la velocità in ingresso dell'acqua e la velocità periferica della ruota.
In ruote di questo tipo di solito assume un andamento radiale; sarà cioè la congiungente fra qualsiasi punto periferico della ruota ed il centro di rotazione. (A voler essere spacca...)
Vedi immagine allegata al post precedente.

Quando chiesi informazioni sulle ruote idrauliche sul forum micro hydro internazionale un amico mi disse : guarda che se vuoi trovare l'inferno .. l'hai trovato . Non mi sono scoraggiato e ho affrontato il lavoro . Su questa ruota ho ancora problemi meccanici ,mi si è rotta una tenuta a labbro ,è uscito dell'olio , il pignone veloce è rimasto a secco e si è disintegrato . Però quando funziona a regime 400lt/sec e 2.4 mt netti produce 6kW.
E' uno spettacolo vederla girare !
Ciao

Partendo dai dati geometrici del canale di carico e della ruota ho provato a tracciare la risultante vettoriale fra la velocità in ingresso dell'acqua e la velocità periferica della ruota. Ho tracciato la tangente, ma non mi sembra che il risultato sia soddisfacente. Potete dare un'occhiata al file allegato?

Per quanto riguarda la parte elettrica avrei una questione da chiarire.
Vista la bassa potenza in gioco conviene prevedere una installazione ad "isola" per autoconsumo o si può anche valutare di vendere l’energia e quindi interfacciarsi con la rete del gestore?
Potete darmi una indicazione sugli elementi impiantistici da installare nei due casi e i relativi costi?

Originariamente inviata da pioneer10

Partendo dai dati geometrici del canale di carico e della ruota ho provato a tracciare la risultante vettoriale fra la velocità in ingresso dell'acqua e la velocità periferica della ruota. Ho tracciato la tangente, ma non mi sembra che il risultato sia soddisfacente. Potete dare un'occhiata al file allegato?

Allora,
il triangolo delle velocità non è come l'hai disegnato tu, ma come te lo riporto io.

Il triangolo delle velocità si riferisce alla composizione vettoriale delle velocità che è:
C=U+W dove C è la velocità assoluta (quella che arriva dal canale) U è la velocità di trascinamento e W è la velocità relativa (quella che vede arrivare la ruota).

Per avere poche perdite devi avere un angolo costruttivo della pala circa coincidente (in realtà è più complicato, ma va bene lo stesso) all'angolo tra la velocità di trascinamento e la velocità relativa.

Se guardi il disegno la W entra "bene" sulla pala, questo è quello che porta a meno perdite all'ingresso.

Per l'uscita il discorso è più complicato.

bye
m.

Originariamente inviata da sandroturbine2

...però quando funziona a regime 400lt/sec e 2.4 mt netti produce 6kW.
E' uno spettacolo vederla girare !
Ciao

BELLISSIMA Sandro, sei un mago!!!
Molto molto molto bella. Complimenti. 6kW sono eccellenti per una macchina così.

Una domanda, la ruota si ingolfa? Nel senso riesce a smaltire bene tutta l'acqua o ciclicamente (ogni minuto o poco più) rallenta?

bye
m.

Se non ho interpretato male, il bordo della mia pala dovrebbe essere inclinato un po’ di più ad “accogliere” l’acqua in ingresso nella cassetta.
Per quanto riguarda invece la sagomatura del fondo per lo scarico dell’acqua ci sono particolari accorgimenti da considerare? Può andare bene la sagomatura che ho indicato?

a tutti... grazie per l'aiuto, spero di poter iniziare a dare il mio contributo al forum

Caro Pioneer10,
il contributo al forum l'hai già dato aprendo una discussione molto interessante.
I moderni impianti idroelettrici sono molto performanti in termini di prestazione, ma la ruota di un mulino forse ha un fascino unico che rimanda ai tempi a tempi lontani.
Attendiamo le foto e i dati della realizzazione dell'impianto.
Buona giornata
RemTechnology

Ciao a tutti,

sul fatto rendimenti gli ultimi studi che hanno fatto in inghilterra hanno dimostrato che la ruota idraulica (se non ricordo male) può arrivare al 94% di efficenza idraulica ... solo che non sono più capace di trovare il sito!!
spero di recuperarlo sui link di casa perchè potrebbe essere molto interessante per Pioner!

ciao

mat

Guardate la magnificenza di questi "wassermuhle"!

YouTube - Wassermühle Glienecke Eulenmühle Wasserrad 2 Molen Mill
YouTube - Wassermühle Glienecke Eulenmühle Wasserrad 4 Molen Mill
YouTube - Wassermühle Gollmitz Wasserrad 11 Molen Mill
YouTube - Wiesenmühle - Wasserrad
YouTube - Wassermühle Gollmitz Wasserrad 16 Molen Mill
YouTube - Wasserrad Ölmühle Walz
YouTube - Wassermühle Gollmitz Wasserrad 14 Molen Mill

Buonasera a tutti,
nn so se ce n'era bisogno per spiegare la passione che ci accomuna .........
Come si fa a rimanere insensibili davanti a queste macchine idrauliche.?
ciao car.boni

Ciao,

mi ricordavo male l'efficenza (scusate l'imprecisione) ... ma ho trovato il sito:

Hydropower Research of the Sustainable Energy Research Group

ciao

Mat

Ciao Mat,
ottima segnalazione.
Leggendo l'intero documento, sintetizzandolo, mi par di capire che siamo intorno al 40% di efficienza ma se questa viene rapportata con il metodo di calcolo delle piu' performanti Pelton siamo intorno all' 80%.
Le Pelton arrivano ben oltre il 90%.
Tutto cio' se ho ben capito
ciao car.boni

Ciao

per essere precisi lui dice che riusciamo ad avere una efficenza dell'80% se facciamo ruotare la macchina al 60 % della velocità dell'acqua "libera" ... penso intenda dire al 60% della velocità del flusso.
Ora comparata al 92% di efficenza della pelton ... non ci sono paragoni ... ma ... vuoi mettere che bella una ruota fatta bene che gira?
Per il discorso regolazione ... se montiamo un generatore a magneti permanenti ed un inverter con la giusta programmazione riusciamo a ottenere sempre la velocità corretta ... e quindi il massimo rendimento idraulico senza bisogno di regolatori meccanici esterni.
Se avessi un mulino ... nessuno mi fermerebbe! sono troppo belli

ciao
Mat