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laureando mini impianto idroelettrico

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  • laureando mini impianto idroelettrico

    Salve a tutti,
    sono nuovo del forum e sono un laureando in ingegneria meccanica a La Sapienza. Come tesi sto progettando un micro impianto idroelettrico e vorrei chiedervi alcuni consigli in quanto non so come procedere.
    Vi descrivo brevemente:
    salto netto 18.64 m
    portata media 0.27 mc/s (data dalla curva delle durate)
    sono arrivato alla scelta della turbina e mi trovo a scegliere tra una Francis e una cross-flow; per scegliere sto facendo una valutazione della capacità installata e della produttività in rapporto ai costi.
    Mi serve il vostro aiuto nella parte dei costi, però prima vi dico come ho proceduto:
    ho ipotizzato due impianti, uno con una francis e uno con una cross-flow; per quanto riguarda quello con la francis ho ipotizzato una portata di progetto di 0.30 mc/s anche se poi in realtà lavorerebbe al massimo con 0.27 mc/s (visto che la Francis ha rendimento max per circa 0.9 della portata di progetto), un salto netto fisso di 18.64 m, una potenza nominale P=(g x H x Q)=49.37 KW e un' energia prodotta annualmente (calcolata considerando soltanto il rendimento della turbina) di circa 315788 KWh (considerando mese per mese la portata media e il rendimento della turbina associato a quella portata). Per quanto riguarda quello con la cross flow, potendo considerare che il suo rendimento rimane circa costante anche lavorando con un valore di portata pari al 16% di quella di progetto, ho ipotizzato una portata di progetto di 0,52 mc/s, un salto netto fisso di 18,64 m, una potenza di 95,09 KW e un' energia prodotta annualmente di circa 375050 KWh.
    A questo punto noto che con la cross flow produco il 19% in più di energia all' anno però per vedere se mi conviene veramente installare una cross flow dovrei sapere quanto mi costano le due turbine (magari se c è un prezzo al KW), quanto mi pagano l energia prodotta (se c è una tariffa omnicomprensiva) e quanto varia il prezzo per il resto dell impianto (costo dell escavatore, costo della paratoia, del canale di presa, della condotta forzata, del canale di restituzione, dei locali in cui mettere la turbina nel caso in cui le due turbine abbiano dimensioni molto diverse ecc ecc) se lo devo dimensionare per una potenza nominale di 49,37 KW oppure di 95,09 KW, per potermi calcolare il tempo di ritorno dell' investimento. Magari c è qualcuno che può fornirmi il catalogo di qualche azienza che produce questi tipi di turbine per poterne individuare una che fa al caso mio? (il mio relatore m ha chiesto di trovare qualcuno che produca la turbina di cui necessito...cosa sicuramente importante, ma è difficilissimo trovare un' azienda che dia retta e perda tempo con le richieste di un laureando!!!). Inoltre nn ho trovato molte informazioni sulla turbina cross flow quindi se fosse quella la scelta che devo fare avrei bisogno anche di sapere a che velocità di rotazione può girare, se serve un moltiplicatore di giri tra essa e il generatore ecc ecc.
    Spero qualcuno possa darmi una mano, non manca molto alla laurea e avrei molto bisogno di aiuto!!!Grazie in anticipo!

  • #2
    Buongiorno a tutti.
    benvenuto Alessandro89.

    La scelta di una turbina Francis per un micro impianto con quelle caratteristiche forse sarebbe meglio scartarla a priori, in quanto non realistica e comunque sconveniente per una simile applicazione, ma su questo punto ti sapranno dire molto di più gli specialisti di macchine che partecipano al forum.
    Comunque si trovano in commercio alcune micro francis, ma ritengo siano più sperimentali che altro... oltrechè costose.

    Se proprio devi fare un confronto accademico di soluzioni mi sembrerebbe più appropriato tentare un'analisi comparativa Turgo - Banki....

    A riguardo della turbina banki, scelta semplice, robusta e più economica, in internet trovi tantissime specifiche a riguardo.
    Il dimensionamento delle opere civili avviene sui dati di portata, condotta forzata, scarichi, dimensioni e tipo del macchinario ....ed il collegamento alla rete elettrica avverrà nel tuo caso in B.T.. (Fino ai 100 kw b.t. )

    Gli incentivi sono in via di revisione ma sintetizzando dovrebbero essere 0.219 €/kwh decurtati del 2% ogni anno e fino a 20 anni di durata della tariffa incentivamente.
    Oltre i 50 kw iscrizione nei registri per mettersi in fila ed attendere il proprio turno.

    Buon lavoro.
    Saluti,
    Vortex

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    • #3
      Grazie Vortex per avermi risposto in maniera molto veloce...il confronto ormai l ho iniziato e quasi finito con queste due turbine( :-( ), ma tanto se alla fine scelgo la banki non avrò fatto un errore dal punto di vista impiantistico!!! ho trovato la IREM che produce turbine banki, sto mandando un email a loro nella speranza che mi rispondano (la vedo dura ma ci provo!!!). Nel frattempo (tu o qualcun altro) non sapreste darmi qualche informazione sul costo di queste due turbine oppure meglio ancora postarmi cataloghi di aziende che le producono?
      Anche se non è una cosa precisa, al più presto mi servirebbe di sapere il prezzo al KW di queste due turbine, se varia di molto o se pressapoco è lo stesso, e in più di sapere se il prezzo del resto dell impianto varia di molto se lo devo dimensionare per una potenza di 95 KW piuttosto che di 49 KW. Grazie
      Ultima modifica di Alessandro89; 30-04-2012, 11:03.

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      • #4
        Ciao a tutti

        Alessandro89,

        al volo ho rintracciato nel mio database questo link dove puoi trovare un dato di prezzo per la tua turbina banki
        http://www.centrocisa.it/studi_impia...erelazione.pdf

        Per il secondo quesito servirebbero dati più dettagliati per rispondere ma se ho capito bene la portata media annua è sempre la stessa, immagino opere di presa e centrale siano comuni alle due soluzioni, quindi non dovrebbe variare significativamente il costo delle opere civili, sia che estrapoli 95 o 49 kw ...

        Saluti,
        Vortex

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        • #5
          Grazie ancora Vortex.
          Dimmi se sbaglio...io avevo pensato ai costi dell opera di presa, del canale di adduzione, della vasca di carico, della condotta forzata, del canale di restituzione, dei locali turbina-generatore (nel caso in cui le due turbine fossero di dimensioni mlto diverse)...queste opere dovranno essere per forza di cose più grandi se io dimensiono l impianto su 95 KW piuttosto che 45 KW e quindi i costi aumenteranno, oppure no?
          Ad esempio, se la condotta forzata avrà un diametro di 0.5 m oppure un diametro di 1 m, per una lunghezza di 20 m, il costo varierà di molto oppure no?
          PS: la portata media annua è di 0,27 mc/s ma se metto una banki dimensiono l' impianto per una portata di progetto di 0.52 mc/s (portata massima disponibile) in quanto il rendimento di una banki rimane circa costante anche con portate inferiori.
          Grazie

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          • #6
            Ciao,concordo, una Francis é da scartare per via degli alti costi,causti dalle piccole dimensioni,concordo anche sulle Turgo e sulle Banki,quest'ultime solo se sono costruite ad ok e non soluzioni approssimative, parlo del distributore /flap/tegolo,deflettore,se é doppio può mudulare fino al 83%(17% Qmax) in meno dalla portata di progetto con la massima efficienza quelle con flap singolo o a disco a mezza luna che avvolge la girante chiudendola,di certo non avra tali prestazioni,possono arrivare al 60% in meno dalla Q di progetto prima di calare d'efficienza,come una Francis, ad esempio le Ossenberger garantiscono l'81% di efficienza meccanica fino al 60% della Qmax poi scende all 80% di efficienza fino al 17%della Qmax di progetto!!! praticamente una turbina che da 300 litri/secondo mantiene la sua massima efficienza fino a 51 litri al secondo,(con l'80% di resa!!!) ma il bello é che poi non é che capita come una Francis o una Kaplan che appena fuori parametri di Q vanno inrimediabilmente fermate perché impossibilitate fisicamente a funzionare, la Banki continua imperterrita a produrre,ma con un calo di efficienza esponenziale al calare della Q,praticamente inizia a produrre appena gira e basta veramente poca acqua per iniziare a farli mantenere i giri,se vedi una vera Ossenberger a doppia regolazione rimani scioccato e allora i tuoi calcoli si che sono giusti al confronto di una Francis,prova a dire che rendimento a al 60% della Qmax !!!

            Anche le Turgo sono ottime,forse anche meno costosa,non é da sottovalutare, specialmente per il fatto che forse si riesce ad eliminare il moltiplicatore !

            Una condotta DN 560 per mé é il massimo accettabile,oltre sarebbe solo una folle pazzia!!!
            Hai mai sentito parlare di filtri Coanda, le prese di derivazzione con i filtri coanda costano, ma evitano una serie di fastidi snervanti e possono essere un investimento, anche salutario...

            Ciao
            Ultima modifica di buran001; 01-05-2012, 00:42.

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            • #7
              Buongiorno a tutti,

              collegandomi all'ottima analisi di buran ... ed in relazione anche alle turbine osserberger, mi chiedevo con quale macchina si potrebbe ottenere il miglior mix prestazioni, affidabilità ed economicità su un micro impianto avente le seguenti caratteristiche:
              - Q max turbinata: 140 l/s
              - Q media annua turbinata: 135 l/s
              - Q min turbinata: 40 l/s
              - salto idraulico nominale: 60 mt.

              Avevo identificato come più papabili la pelton e la turgo ...
              una ossberger invece? i parametri Q turbinaggio sono un pò sotto limite.. ?

              .............
              In merito al quesito di Alessandro sul dimensionamento delle opere civili direi che il fabbricato centrale non ti incide drasticamente in termine di costo se viene 2 o 3 metri quadri in più o in meno..invece sarebbe opportuno che stimi la variazione di costo piu nel dettaglio, per tutte le altre opere nel caso la portata massima turbinata vari di molto in una delle due soluzioni comparative.
              Concordo anche sull'opportunità di valutare un impiego di griglie coanda, sopratutto se il tuo corso d'acqua non è soggetto a piene irruenti (griglie un pò delicate delicate ...). Tieni presente che con acque particolarmente pulite la casa costruttrice ritiene possibile evitare la costruzione del dissabbiatore e camera di carico .....

              Saluti,
              Vortex

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              • #8
                Osservazioni:
                - 18,6 m di salto con 20 m di tubo? ... o sei eccezionalmente fortunato o c'è qualcosa che non torna (N.B. se pensi di fare un canale a pelo libero e solo l'ultimo tratto con tubo forzato verticale o quasi come vedi negli schemi dei libri, valuta bene, spesso conviene fare tutto il tratto con tubo in pressione che potrebbe costare meno del canale);
                - concordo con buran sul diametro, non ha senso pensare ad un tubo da 1 m per quelle portate;
                - parli di salto fisso ma in realtà se c'è un tubo questo avrà una perdita quindi il salto netto sfruttabile dalla turbina sarà variabile con le portate (a portate maggiori corrisponde maggiore perdita di carico e minore salto utile); certo se fai un dimensionamento "generoso" del tubo e questo non è troppo lungo parliamo di pochi centimetri e la tua approssimazione può essere accettabile.
                - i 0,27 mc/s medi dalla curva delle portate sono depurati del DMV? o non serve rilasciarlo?
                - per i rendimenti non ti rifare ai dati teorici (ho letto un 0,90), su un impianto così piccolo sono spesso molto inferiori, poi al rendimento della turbina devi moltiplicare quello degli altri componenti; quello globale medio annuo potrebbe essere dell'ordine del 60-65%.

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                • #9
                  Ciao Vortex, la Turgo multi getto nel tuo caso é la scelta migliore,sia come prestazioni che come costi,una Ossberger é benissimo dentro i parametri ma alla fine mi sa che costa piu di una Turgo! bisogna valutare anche i costi !

                  Concordo con idrotec, anche se la misa scelta sul diametro era nata per dare la minima perdita di carico alla massima Q proposta.
                  cmq sono solo supposizioni
                  laureando mini impianto idroelettrico
                  Ciao

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                  • #10
                    Ciao buran,
                    ti ringrazio molto....

                    Saluti a tutti,
                    Vortex

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                    • #11
                      Ragazzi vi ringrazio infinitamente per tutte le risposte che mi avete dato, molte mi sono state utili però alcune cose che avete detto sono fuori dalla mia portata, essendo io un laureando triennale molte delle cose che mi avete detto io non potrei sapere...ad esempio, io devo scegliere la turbina e dirò che la banki-mitchell a flusso incrociato è la migliore nel mio caso però non conosco tutti i particolari progettuali di questa turbina, il flap, tegolo, deflettore ecc io nn li metto nella mia tesi, perchè durante le lezioni non ne abbiamo mai parlato (l' esame di macchine lo farò alla magistrale).
                      Se possibile, potete aiutarmi in questi quesiti:
                      1) ALL' INCIRCA quanto costa "fornitura, installazione e messa in funzione gruppo turbina francis e generatore, compreso quadro di gestione e controllo dell' impianto (per 45 kW)" (anche se è la scelta sbagliata, ormai sto facendo il confronto e alla fine la scarterò, però mi serve sapere il prezzo approssimativo).
                      2) ALL' INCIRCA quanto costa "fornitura, installazione e messa in funzione gruppo turbina banki e generatore, compreso quadro di gestione e controllo dell' impianto (per 95 kW)" (sapete dirmi la velocità di rotazione di una banki?io non ho trovato molte informazioni su questa turbina...per sapere se serve il moltiplicatore di giri...nel caso, anche il costo di questo)
                      3) costo condotta forzata in acciaio diametro 0,5 m e lunghezza 20 m (sempre approssimato)
                      4) dimensionamento di massima di una banki-mitchell per 95 kW
                      5) quanto costa all' incirca l' opera di presa con paratoia e griglia con sgrigliatore automatico e dissabbiatore
                      6) costo canale a pelo libero (prezzo per metro di lunghezza o per metro quadro di sezione) e della vasca di carico.
                      A me servirebbero dei prezzi non precisi al centesimo; se conoscete qualche sito dove poterli ricavare me lo potete postare qui per favore?grazie!!!

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                      • #12
                        Ciao a tutti,figurati vortex di niente !

                        Caro Alessandro vuoi l'impossibile,poi la laurea la andiamo a ritirare noi,compresa la festassa dopo !!!
                        Cmq una Ossenberger che é lider delle Banki e detiene o meglio deteneva il brevetto "scaduto" originale e ne ha prodotte piu di 10.000,vanno da minimo 160.000€ in su per la sola turbina completa di tutto pronta per funzionare, poi manca tutto il resto,non credo che una Fancis costi meno,comunque per queste potenze si sta tra i 130 e i 180 mila euro,dipende da molti fattori e dal tipo di macchina,moltiplicatore,alternatore e quadro di controllo con PLC.

                        Per la condotta DN 500 dai 200 ai 300€ al metro lineare,(prezzo di listino ma si trova anche a leggermente meno) in base se é bitumata,saldata o completamente liscia,da verniciare ecc, poi c'é la posa la saldatura o l'eventuale scavo...
                        per il resto serve un impresa o un prezziario regionale edile...

                        Hai cercato i filtri Coanda (coanda screen)per me su un impianto cosi risolverebbe molti problemi gestionali,sono moduli da 140l/s al metro lineare,ne basterebbero 2 (la sparo li che ci sta, 5000€ per i soli filtri) si perde da 70 a 120cm di salto in base al modello come contro,ma filtrano e sono autopulenti che é una bellezza,niente piu vasca decantatrice e sgrigliatore automatico che costa un botto.
                        Ciao
                        Ultima modifica di buran001; 02-05-2012, 12:24.

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                        • #13
                          Ragazzi,ancora grazie a tutti per le risposte che mi avete dato!!!volevo chiedervi un altra cosa...a che range di velocità possono ruotare le cross-flow?voi per una turbina da 95 kW che generatore ci accoppiereste?grazie

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                          • #14
                            Dipende dal diametro della girante,generalmente su tali impianti dificilemente si scende sotto i 300 mm di diametro,siamo a circa 570/580 RPM,serve un moltiplicatore meccanico,come alternatore a mio avviso al massimo un 6 poli ma starei su un 4 per via dei costi e dei rendimenti, poi il rapporto di moltiplica é ancora accettabile...
                            Ciao

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                            • #15
                              Grazie mille della risposta. Sapresti dirmi dove trovare le formule per dimensionare almeno il diametro esterno della girante?io su internet non le ho trovate.

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