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Turbina Francis o PAT in condotte di Acquedotto

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  • Turbina Francis o PAT in condotte di Acquedotto

    Salve a tutti,
    sono uno studente di Ingegneria Civile indirizzo Idraulica.
    Sto approfondendo un problema e volevo chiedere delle delucidazioni.
    Sto valutando la fattibilità di un'istallazione di una Turbina Francis in Acquedotto idropotabile, che andrebbe a sostituire (funzionare in parallelo) con una valvola di riduzione PRV, non si tratta quindi di un alimentazione da serbatoio, ma la mia idea è di sfruttare quel salto che la valvola di riduzione dissipa quando naturalmente la richiesta della rete è più bassa.
    Avendo a disposizione i valori di pressione monte-valle della valvola e la portata passante, attraverso un modello sviluppato ad ok ho definito i valori di una turbina Francis "ideale".
    -SALTO: 15 m
    -PORTATA: 400 l/s
    -POTENZA: 58.86 KW
    -per una produzione stimata di circa: 260 MWh/anno

    Volevo chiedervi:
    1. se siete alla conoscenza di altri progetti simili
    2. se la forte variabilità della portata può portarmi qualche problema
    3. eventuali costi di una turbina di questo tipo e sue dimensioni(di massima)
    4. se qualcuno ha un disegno dwg di una turbina Francis simile
    5. eventuale fattibilità di un istallazione di una PAT

  • #2
    Penso che la soluzione ideale sia una kaplan biregolante realizzata tutta in inox . Hai dimenticato i rendimenti ,calcola massimo 40kW elettrici ,considerata l'elevata portata non avrai mai portate inferiori al 50 % della massima , anche il rendimento sarà abbastanza piatto
    La soluzione pat è al limite soprattutto per la bassa pressione e per l'impossibilità di modulare la portata . Si potrebbero installare più pompe in parallelo ,ma spesso per vari motivi la soluzione non è percorribile .
    La Francis è al limite di pressione

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    • #3
      Avevo pensato all'adozione di una kaplan, anche perchè ho a disposizione una portata molto variabile, essendo una condotta di uso idropotabile la portata varia di un ordine di grandezza durante la giornata.
      Mi era stato sconsigliato l'utilizzo della kaplan a causa del suo alto costo, infatti essendo cosi variabili le portate ho una produzione annua (calcolata scolasticamente) di 260 MWh/anno.
      Sapresti indicativamente i prezzi della kaplan?
      Ho richiesto un preventivo per una turbina francis adatta al mio caso e il prezzo si aggira intorno ai 180000 euro a cui devo aggiungendo le opere civili alte, visto che si dovrebbe realizzare interrata.
      Per l'opzione Pat avevo già riscontrato delle difficoltà, ma faccio anche fatica a reperire del materiale valido che mi permetta un analisi più approfondita, avresti qualche consiglio? ci sono altre discussioni?

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      • #4
        Per le PAT chiedi a KSB hanno un reparto specifico che si occupa solo di questo . Puoi chiedere le curve di rendimento -portata anche a giri variabili , installando un alternatore a magneti permanenti + inverter di rete dedicato potresti risolvere il problema limitando i costi . (non hai dimenticato i rendimenti,sono io che non li ho visti ! ) 260000Kwh/anno sono credibili .....non altrettanto la tariffa attuale .
        Più che una Kaplan classica con distributore a chicciola vedo bene una bulbo ,sicuramente l'installazione sarà più semplice e meno onerosa ....devi chiedere più offerte anche all'estero .
        ciao
        ciao

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        • #5
          Hai bisogno di una pressione residua a valle della turbina? E' un dato fondamentale per la scelta della turbina.
          Mi risulta che la Francis può restituire in contropressione ma non la Kaplan/bulbo. Giusto Sandro?

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          • #6
            Giusto ,giusto , non avevo considerato questo problema , da noi in montagna tutti gli acquedotti di adduzione finiscono nelle vasche di carico ! Geniocivile parla proprio di sostituire una valvola riduttrice di pressione ,quindi Francis e basta soprattutto se le portate sono molto variabili ...e PAT solo se la portata è costante .

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            • #7
              Quindi una turbina francis è l'unica opzione disponibile per avere una restituzione in contropressione? Per la soluzione PAT, perche necessitano di una portata costante? I rendimenti vengono subito abbattuti? Si potrebbe comunque pensare ad una serie di PAT in parallelo.Grazie intanto Sandro, ora richiederò dei preventivi anche all'estero e magari ti aggiornerò. Grazie dell'aiuto

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              • #8
                Buonasera @Genioincivile,
                mi sto occupando anch'io della progettazione di questa tipologia di impianti essendo ingegnere energetico. Mi rendo conto che sia passato un pò di tempo, ma ti posso chiedere una stima dei costi totali per quanto riguarda l'impianto che hai studiato?
                saluti

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                • #9
                  Ciao scusa il ritardo, i costi naturalmente sono molto variabili in funzione della grandezza della turbina.
                  Io ho trovato una turbina francis di grandezze nominali H=20m e Q=300l/s ad un prezzo di 150k€ circa a cui bisogna aggiungere qualche valvola e le opere civili. Quindi in definitiva circa 200k€ totali! era questo che desideravi sapere? il prezzo varia molto in funzione del tipo di impianto e dei valori di portata e salto

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                  • #10
                    Salve a tutti,
                    con i dati esposti siamo al limite del campo Francis con velocità di rotazione di 1500 giri. Scendendo a 1000 giri ne risulterebbe già una macchina più efficiente sotto il profilo del rendimento. Una alternativa potrebbe essere quella di inserire due macchine gemelle spezzando la portata in 200 l/s e 200 l/s a 1500 rpm o meglio ancora a 1000, così da ottimizzare la produzione vista l'alta variabilità della portata. L' altra opzione potrebbe essere la PAT a giri variabili o più macchine in parallelo per regolare il carico in maniera da non avere rendimenti pessimi nelle condizioni di funzionamento Off-Design. Le Pat in generale essendo sprovviste di pale direttrici mobili come le turbine Francis, nelle condizioni di fuori progetto generano condizioni non ottimali di accoppiamento fluidodinamico tra voluta e girante che determinano appunto grossi cali di rendimento.
                    Saluti

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                    • #11
                      Condivido la tua osservazione, ma per un impianto così piccolo si va a complicare enormemente il funzionamento e poi due macchine costano di più di una ed occupano più spazio! Io lascerei il campo alle PAT quando si hanno portate più uniformi, in quel caso si avrebbero molti vantaggi.
                      ATTENZIONE molti produttori di turbine stanno studiando la produzione in serie di turbine di piccole dimensioni, abbattendo così i costi e credo che diventeranno competitive anche nel settore ora occupato dalle PAT.

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                      • #12
                        @Genioincivile
                        Sì era quello che desideravo sapere. Ti posso chiedere i riferimenti della società che ti ha offerto quel preventivo? O anche di altre società costruttrici di Francis adatte per un uso su acquedotto con restituzione in pressione.
                        Saluti

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