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Come calcolare l'energia prodotta da una turbina kaplan?

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  • Come calcolare l'energia prodotta da una turbina kaplan?

    Salve, sono nuovo, anzi nuovissimo per queste tematiche. Sto realizzando un progetto di architettura nel quale ho intenzione di inserire una turbina kaplan per la produzione di energia elettrica. Leggendo un po' le discussioni già aperte (sono già un paio di giorni che sfoglio a ritroso le pagine del forum) ho capito che il problema pi complesso di quanto potessi immaginare. In pratica mi pare di aver capito che fattori necessari a dare risposta ai miei interrogativi sono portata e salto. Per il salto non ho problemi a conoscerlo, in quanto ancora ancora il metro riesco ad usarlo :P ma calcolare la portata mi risulta già pi difficile, non perch non sappia cosa sia, ma perch non saprei in base hai dati che ho quale possa essere la portata, vi spiego meglio, nella speranza di essere chiaro e di conseguenza avere una mano da voi esperti:

    Calcolo della portata: come fare?

    Allora, l'acqua posta in un serbatoio 2 metri pi su della turbina. Il serbatoio ha un'area di 21mq e altezza 1m quindi 21mq di capacità. Il serbatoio non chiuso, ma immaginatelo come un secchio d'acqua, quindi in sommità all'aria aperta. Immaginate poi che questo serbatoio si possa automaticamente riempire ogni volta che si svuota (in pratica ho messo una pompa che riporta sempre l'acqua allo stesso livello). Ho ipotizzato che la condotta che porta acqua alla turbina sia di 20cm di diametro ( una misura scelta a caso, ci ho ragionato poco ma non so quale possa essere la dimensione opportuna perch credo che farla pi grande diminuisca la pressione e quindi credo la velocità dell'acqua, farla pi piccola credo aumenti la pressione ma ne diminuisca cmq la portata.... insomma, come avete capito mi poco chiaro questo punto.

    Alla luce di questi dati, magari alcuni superflui e altri mancanti, quale la portata d'acqua che ho? Guardando un po' in rete con questi dati dovrei avere una portata di 0.36 mc/s e portando il diametro del tubo a 30cm la portata sale a 1.4 mc/s... non so se sono dati attendibili quindi mi fido pi di quello che potete dirmi voi.

    Calcolo dei kWh annui prodotti

    Con questi dati, quanti kWh riesco a produrre?

    Da quanto ho potuto leggere negli altri troppi credo che sia molto poco, ma a me basta che sia anche se di poco, ma comunque superiore all'energia che mi serve per alimentare la pompa....

    Vi sto chiedendo sicuramente un grosso sforzo di fantasia per fare tutte queste ipotesi strane, ma spero possiate aiutarmi, e soprattutto, che questo mi possa far produrre l'energia necessaria....

    Ps. ora che ci penso, nel caso fosse necessario posso anche inserire pi turbine se serve per raggiungere un risultato soddisfacente (anche se pi turbine implicano maggiore acqua che scende e quindi una pompa che devo portare acqua pi velocemente....

    Probabile, se non certo, che ho in mente una macchina di carnot, e quindi qualcosa di irrealizzabile, per, non so quanto possa influire, ma forse ho dimenticato un dato non di poco conto:

    l'operazione di risalita dell'acqua non affidata solo alla pompa, ma anche al principio della fontana di erone, principio che necessita di 0 energia, ma che cmq limitato nel tempo. Per ovviare al limite tempo ho inserito questa pompa che da una mano alla fontana di erone e che tecnicamente messa in funzione da un pannello solare. Quindi in definitiva io ho due fonti, il solare e la turbina, il solare già produce energia in quantità sovrabbondante rispetto alle richieste della sola pompa, in totale dovrebbe produrre 24000 kWh annui circa, una parte dei quali appunto impegnata nella pompa.

    Quello che voglio realizzare che grazie al principio della fontana di erone, la differenza tra i kwh prodotti dalla turbina e quelli consumati dalla pompa sia positiva. Anche un minimo guadagno sarebbe apprezzabile perch se non altro sarebbe innovativo (cosa che cerco) anche se il costo per realizzare questa cosa dovesse essere esorbitante.

    Ringrazio tutti per il tempo che vorrete dedicarmi e aspetto impaziente risposte al mio problema <img src=">

  • #2
    A volte mi chiedo se questo tipo di post sono degli scherzi oppure se veramente ci si crede in questi progetti.
    Prima domanda : da dove vengono fuori i 24000 kWh ad esempio e poi a che pro realizzare una fontana con una turbina, va bene la pompa, va bene il pannello solare (PS = per produrre 24000 kWh con un impianto salore servono 20 kWp pari a circa 120.000 euro e una superficie variabile da 150 a 200 mq di pannelli)
    Concludendo a che serve la turbina Kaplan?
    "E' meglio essere approssimativamente corretti che esattamente sbagliati"
    (v. 5.0 - Gennaio 2020) - RemTechnology 1999 - 2020 - ing.remtechnology@gmail.com
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    • #3
      Temevo di passare per folle, forse lo sono, ma preciso (forse prima non l'ho fatto) che uno studio ideale, niente da realizzare realmente.

      Allora, forse avr sballato con i calcoli, ma in pratica ho 4 pannelli da 6x1m l'uno che hanno 272kWp, come sono arrivato da questo dato ai 24000 kWh annui, al momento, sono sincere, non lo so, perch ho fatto pi di un calcolo cercando valori in giro per la rete, quindi molto probabile che sia un dato errato, e se lo forse ho bisogno di aiuto anche in questo.

      In questo progetto i pannelli solo la fonte di energia naturale già utilizzata.

      Poi ho da introdurre qualcosa di nuovo (ed ecco che sono partiti i voli pindarici).

      Appunto avevo pensato a questo sistema un po' macchinoso, ma del quale non mi interessa l'effetivo costo, quanto la realizzabilità avendo fondi illimitati.

      Parto da una base di en. elettrica fornitami dai pannelli sopracitati.

      Raccolgo l'acqua piovana in un serbatoio. questo serbatoio colegato ad altri due serbatoi che funzionano insieme con il principio della fontana di erone. In pratica la fontana di erone una sorta di moto perpetuo, ma perpetuo fino ad un certo punto, ovvero, quando la vasca pi in basso si riempie d'acqua il "gioco" finisce. La mia idea quella di utilizzare una pompa che evita la saturazione della 3a vasca cacciando via l'acqua e rimettendola in circolo in maniera da rendere perpetuo questo ciclo.

      E' qui che entra in gioco la kaplan (o le, a seconda di quello che mi suggerirai). Sprecare l'energia accumulata dai pannelli per far girare l'acqua a vuoto sarebbe la cosa pi stupida di tutto questo mio ragionamento. Ecco che, nella prima fase, ovvero, la caduta dell'acqua dalla prima vasca alla 3a, vado ad inserire questa/e turbina/e.

      Se questa/e turbina/e riescono a produrre pi energia di quanta ne necessita la pompa per funzionare ho un surplus dii energia pulita dovuto a questo ricircolo dell'acqua.

      In condizioni normali, quindi con sole due vasche che fanno questo lavoro chiaro che sarebbe un discorso impossibile, ma utilizzando il principio della fontana di erone l'utilizzo della pompa si ridurrebbe al minimo, perch per un dato periodo di tempo, ciclicamente, il giro dell'acqua andrà avanti solo grazie alla forza di gravità e alla pressione.

      Ora che ho forse spiegato meglio la situazione, forse risulta pi chiaro che questa non una macchina di carnot (anche perch non potrebbe mai esserlo) perch il rentimento non 1, ma, venendo l'energia necessaria da una fonte rinnovabile come il sole, questo ciclo mi dovrebbe permettere di portare il rendimento del sistema nel suo complesso al massimo possibile.

      Visto che comprendo benissimo di essere molto poco chiaro provo con un ultimo esempio di quello che voglio realizzare:

      Il fotovoltaio mi produce 10

      la pompa consuma 1

      le turbine devono produrre almeno 1,1

      Se realizzo questo il totale di energia a mia disposizione invece di essere 10, sarà almeno 10,1

      E' chiaro che il guadagno non potrà essere mai cos elevato da rendere la spesa sensata, ma a livello teorico, anche un piccolo guadagno sarebbe il risultato che mi auspico di ottenere.

      Chiedo ancora scusa se il mio livello e di conoscenza e nell'esprimermi molto "basso", e spero tu possa darmi una mano, grazie mille

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      • #4
        CITAZIONE (senatore18 @ 6/12/2007, 23:50)
        Il fotovoltaio mi produce 10

        la pompa consuma 1

        le turbine devono produrre almeno 1,1

        Se realizzo questo il totale di energia a mia disposizione invece di essere 10, sarà almeno 10,1

        Vediamo,
        Il principio con cui funziona una turbina legato all'energia potenziale dell'acqua accumulata in un serbatoio posto "in alto". Per portare l'acqua "in alto" hai 1 solo sistema. E' legato al sole con il ciclo dell'acqua. Questa evapora dai mari o traspira dalle finestre, va nelle nuvole, piove o nevica in montagna, si accumula sui ghiacciai e poi scende a valle per gravità noi la intercettiamo e ricaviamo energia (questo fa capire che l'idroelettrico rinnovabile perch deriva dal sole).
        Ogni altra cosa congegno, principio, o checchesia NON FUNZIONA, avrai sempre bilancio negativo.
        La fontana che dici tu non ricava energia, la converte e poi non la rende pi turbinabile. L'unica energia turbinabile la prima che ricavi dalla pioggia.
        Tutto il resto sono ipotesi non dimostrabili.

        bye
        m.
        Il lavoro come un fluido, fluisce in maniera naturale verso chi lavora....
        Per progettare il tuo impianto idroelettrico o la tua turbina idraulica Pelton Francis e Kaplan visita
        www.hpp-design.com
        To design your hydro power plant or your Pelton Francis and Kaplan hydraulic turbine please visit www.hpp-design.com

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        • #5
          24 mq di pannelli fotovoltaici che producono " solo" 272 kwp ,
          dove li trovi che ne compro 10000 mq ?

          Per produrre un kwp ne servono da 8 a 12 mq
          Penso che devi rifare i conti.

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          • #6
            i kWp del pannello li ho presi dal sito del produttore, non ho fatto nessun calcolo.

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            • #7
              Calcoli o meno , progetto ideale o meno ...., la realta' e' che qualsiasi trasformazione di energia implica delle perdite.

              Quindi per essere molto sintetici, per ottenere un ciclo chiuso , sei OBBLIGATO a usare PIU' ENERGIA di quella che riesci a produrre.
              Quindi l'energia che produce una turbina , sara' inferiore a quanta ne serve per rimandare l'acqua in cima.
              E su questo NON CI POSSONO essere dei ma , dei se , e dei pero'.
              E' una legge fisica.


              Ok , tu dici , uso i pannelli per ovviare a cio' e quindi riesco a rimandare l'acqua in cima a costo ZERO.

              Il concetto non fa una piega e funzionerebbe, anche se non capisco a cosa servirebbe...

              Ma la domanda sorge spontanea : Se piuttosto di fare tutto sto impianto , sfrutti direttamente quello che produce un pannello fotovoltaico ( che e' l'unico che ha una produzione effettiva di energia) , e la USI e/o VENDI , non fai prima ed eviti di far girare l'acqua a vuoto ?

              Ciao
              Ciao,


              -Illo41100-

              Commenta


              • #8
                CITAZIONE (illo41100 @ 8/12/2007, 11:56)
                Calcoli o meno , progetto ideale o meno ...., la realta' e' che qualsiasi trasformazione di energia implica delle perdite.

                Quindi per essere molto sintetici, per ottenere un ciclo chiuso , sei OBBLIGATO a usare PIU' ENERGIA di quella che riesci a produrre.
                Quindi l'energia che produce una turbina , sara' inferiore a quanta ne serve per rimandare l'acqua in cima.
                E su questo NON CI POSSONO essere dei ma , dei se , e dei pero'.
                E' una legge fisica.


                Ok , tu dici , uso i pannelli per ovviare a cio' e quindi riesco a rimandare l'acqua in cima a costo ZERO.

                Il concetto non fa una piega e funzionerebbe, anche se non capisco a cosa servirebbe...

                Ma la domanda sorge spontanea : Se piuttosto di fare tutto sto impianto , sfrutti direttamente quello che produce un pannello fotovoltaico ( che e' l'unico che ha una produzione effettiva di energia) , e la USI e/o VENDI , non fai prima ed eviti di far girare l'acqua a vuoto ?

                Ciao

                La frase che ho evidenziato corretta. C' per da considerare la provenienza di questa energia. Per il principio della fontana di Erone, l'acqua salirà per un dato tempo (limitato nel tempo, molto limitato) attraverso l'energia prodotta dalla stessa caduta dell'acqua. Per spiegare meglio il funzionamento di tale principio vi rimando qu. Quindi, se le turbine producono 10, il processo per riportare sopra l'acqua costerà in termini energetici per esempio 11. Ora, se di questi 11, 2 sono garantiti dal principio della fontana di Erone, il mio effettivo costo in termini energetici, dovuto al consumo di energia elettrica si riduce a 9. Quindi le leggi della fisica sono rispettate, perch il computo totale del ciclo vede prodotto 10 e consumato 11, ma la differenza tra elettricità prodotta ed elettricità consumata 10 contro 9, quindi ci sarà in termini elettrici un guadagno di 1.

                ora quelli che ho usato sono numeri casuali, perci mi piacerebbe fare un conto pi esatto con dei numeri realli e per questo ho bisogno del vostro aiuto <img src=">

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                • #9
                  L'energia elettrica consumata , sara' anche minore ( che e' comunque tutto da dimostrare , visto che una BUONA turbina ha un rendimento massimo del 70% ) , ma devi valutare il sistema nel complessivo.

                  In pratica occorre energia per riportare in alto l'acqua.
                  Questa energia QUALUNQUE sia la sua fonte , sara' sempre inferiore a quanta ne produci.

                  Anche il principio della fontana ha delle perdite ( aggiungo enormi ) ed e' oltretutto limitato nel tempo.

                  Inoltre saresti costretto a montare la turbina sul condotto dove caricheresti la fontana , ed ovviamente , essendo una condotta che va in un vaso in pressione , toglieresti ulteriore energia alla turbina stessa.

                  Quindi che sia pompata o spinta , non fa molta differenza , e' sempre la STESSA energia che deve riportare in cima l'acqua.

                  Questa energia sara' NEL COMPLESSIVO , sempre inferiore a quanta ne riesci a produrre.

                  Ciao
                  Ciao,


                  -Illo41100-

                  Commenta


                  • #10
                    Credo tu intendessi superiore, perch se fosse inferiore non ci sarebbero problemi. Cmq credo che bisogna fare un calcolo per essere certi del segno di questo bilancio. Tipo fare un conto preciso dii quante volte deve entrare in funzione la pompa e relativo consumo e quanto invece produce la turbina.

                    Inoltre bisogna considerare che oltre il sistema della fontana che porta l'acqua su, c' anche il fatto che si va a sfruttare l'acqua piovana, quindi quando piove la pompa non entra in funzione. La questione della pompa serve solo per far durare pi a lungo il ciclo della fontana, e quindi la produzione di elettricità.

                    In pratica come se io stessi con uno scooter elettrico, e ogni tanto trovo una discesa e, con il motore spento recupero elettricità. Forse il parallelo un po' troppo fuoriscala perch l'elettricità necessaria a muovere uno scooter molto superiore a quella che si pu accumulare con una dinamo, per il principio quello.

                    In un normale ciclo c' l'acqua che scende e crea 10, e l'acqua che sale e spende 11. Se per un po' di questa spesa se la prende la fontana, facendo risparmiare per un po' di tempo l'utilizzo della pompa, e poi magari piove e la pompa superflua perch l'acqua già in alto, chiaro che la spesa relativa alla pompa pu scendere a 9, ma non perch si siano ribaltate le leggi della fisica, ma semplicemente perch per un po' si utilizzata un' energia differente.

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                    • #11
                      CITAZIONE (senatore18 @ 9/12/2007, 17:40)
                      Credo tu intendessi superiore, perch se fosse inferiore non ci sarebbero problemi. Cmq credo che bisogna fare un calcolo per essere certi del segno di questo bilancio. Tipo fare un conto preciso dii quante volte deve entrare in funzione la pompa e relativo consumo e quanto invece produce la turbina.

                      Si , mi sono espresso male , per i calcoli... non occorrono.. tutte le trasformazioni di energia implicano delle perdite.

                      CITAZIONE
                      Inoltre bisogna considerare che oltre il sistema della fontana che porta l'acqua su, c' anche il fatto che si va a sfruttare l'acqua piovana, quindi quando piove la pompa non entra in funzione. La questione della pompa serve solo per far durare pi a lungo il ciclo della fontana, e quindi la produzione di elettricità.

                      .

                      Se usi l'acqua piovana e' non ci sono problemi , perche' l'energia necessaria e' il sole , e fino a quando sara' gratis... <img src=">

                      Per il resto , non ha alcun senso , perche' tutta l'energia che produrresti la sfrutteresti per rimandare in alto l'acqua. e non sarebbe neppure sufficente, con il sistema della fontana , della pompa o con qualunque altro sistema.

                      Un sistema simile alla fontana di Erone e' la RAM pump , che in italiano si traduce piu' o meno "pompa a colpo d'ariete"

                      Anche questo sistema , non otterrai mai nulla perche' il rendimento medio si aggira sul 7% ......

                      Ma anche supponendo di volerle usare ( erone o Ram pump ), le dovresti mettere A VALLE della turbina .
                      Ma la turbina e' gia ' a valle , e quindi in uscita avresti pressione ZERO o quasi. ( tutta l'energia cinetica e' stata trasformata dalla turbina in elettricita' e calore )...


                      Possiamo starne a discutere per ore... ma il concetto non cambia , se devi portare su dell'acqua occorre ENERGIA , e l'energia non si crea dal nulla... ma la si trasforma...



                      Ciao
                      Ciao,


                      -Illo41100-

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                      • #12
                        Beh il serbatoio a v alle della trbina 4-5 metri pi gi quindi incanalando l'acqua un po' di pressione l'otterrei, ma cmq...

                        Ora vorrei fare un po' di calcoli, come faccio a sapere quanta energia elettrica pu produrmi la turbina?

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