Il energia idraulica è la capacità dell'acqua di produrre lavoro sotto forma di movimento, luce e calore in base al suo potenziale e all'energia cinetica. È anche considerata un'energia rinnovabile pulita e ad alte prestazioni.
Questa energia è determinata dal flusso, dall'irregolarità tra i punti del terreno attraverso i quali l'acqua si muove e dalla forza di gravità. È stato utilizzato dagli esseri umani fin dall'antichità per svolgere diversi lavori.
Uno dei primi utilizzi che veniva dato all'energia idraulica era quello di alimentare mulini ad acqua che sfruttassero la forza della corrente. In questo modo, tramite ingranaggi, si potevano muovere le macine per la trebbiatura del grano..
Attualmente, la sua applicazione più rilevante è la generazione di energia elettrica attraverso centrali idrauliche o idroelettriche. Questi impianti sono fondamentalmente costituiti da una diga e da un sistema di turbine e alternatori..
L'acqua si accumula nella diga tra due livelli del canale (dislivelli geodetici), generando energia potenziale gravitazionale. Successivamente, la corrente dell'acqua (energia cinetica) attiva turbine che trasmettono l'energia agli alternatori per produrre energia elettrica.
Tra i vantaggi dell'energia idraulica c'è quella di essere rinnovabile e non inquinante, a differenza di altre fonti energetiche. D'altra parte, è altamente efficiente con prestazioni che vanno dal 90 al 95%..
L'impatto ambientale degli impianti idroelettrici è associato alla variazione di temperatura e all'alterazione fisica del corso d'acqua. Allo stesso modo, vengono prodotti oli e grassi usati che vengono filtrati dai macchinari.
Il suo principale svantaggio è l'alterazione fisica che provoca a causa dell'inondazione di vaste aree di terreno e il corso naturale e il flusso dei fiumi è alterato..
La più grande centrale idroelettrica del mondo è The Three Gorges, situata in Cina, sul fiume Yangtze. Gli altri due importanti sono quelli di Itaipú al confine tra Brasile e Paraguay e la centrale idroelettrica Simón Bolívar o Guri in Venezuela.
Indice articolo
La fonte di energia idraulica è l'acqua ed è considerata energia rinnovabile fintanto che il ciclo dell'acqua non viene alterato. Allo stesso modo può produrre lavoro senza generare rifiuti solidi o gas inquinanti e quindi è considerata un'energia pulita.
L'efficienza energetica si riferisce alla relazione tra la quantità di energia che si ottiene in un processo e l'energia necessaria per investire in esso. Nel caso dell'energia idraulica, si ottiene una performance compresa tra il 90 e il 95% a seconda della velocità dell'acqua e del sistema di turbina utilizzato..
Il fondamento dell'energia idraulica è nell'energia solare, la topografia del terreno e la gravità terrestre. Nel ciclo dell'acqua, l'energia solare provoca l'evaporazione e quindi l'acqua si condensa e precipita sulla terra..
Come conseguenza del terreno irregolare e della forza di gravità, le correnti d'acqua superficiali si verificano sulla superficie terrestre. In questo modo l'energia solare viene trasformata in energia cinetica a causa del movimento dell'acqua per l'azione combinata di irregolarità e gravità..
Successivamente l'energia cinetica dell'acqua può essere trasformata in energia meccanica in grado di funzionare. Ad esempio, è possibile spostare le lame che trasmettono il movimento a un sistema di ingranaggi in grado di azionare vari dispositivi..
L'entità dell'energia idraulica è data dall'irregolarità tra due dati punti del canale e il flusso dello stesso. Maggiore è l'irregolarità del terreno, maggiore è il potenziale e l'energia cinetica dell'acqua nonché la sua capacità di generare lavoro..
In questo senso, l'energia potenziale è quella che si accumula in un corpo idrico ed è correlata alla sua altezza rispetto al suolo. D'altra parte, l'energia cinetica è quella rilasciata dall'acqua nel suo moto di caduta in funzione della topografia e della gravità..
L'energia cinetica generata dalla caduta dell'acqua può essere utilizzata per produrre energia elettrica. Ciò si ottiene costruendo dighe dove l'acqua si accumula e viene trattenuta a diversi livelli di altezza..
Pertanto, l'energia potenziale dell'acqua è direttamente proporzionale alla differenza di livello tra un punto e l'altro e quando l'acqua cade si trasforma in energia cinetica. Successivamente l'acqua passa attraverso un sistema di lame rotanti e genera energia cinetica rotazionale.
Il movimento rotatorio consente la movimentazione di sistemi di ingranaggi che possono attivare sistemi meccanici come mulini, ruote o alternatori. Nel caso particolare della generazione di energia idroelettrica, il sistema richiede un sistema a turbina e un alternatore per generare elettricità..
La turbina è costituita da un asse orizzontale o verticale con un sistema di pale che per la forza dell'acqua fanno ruotare l'asse.
Esistono tre tipi fondamentali di turbine idrauliche:
È una turbina ad impulsi ad alta pressione con asse orizzontale che lavora senza essere totalmente sommersa. La girante ha una serie di pale concave (lame o denti) azionate da getti d'acqua.
Più getti d'acqua entrano in collisione con la turbina, maggiore sarà la potenza che genererà. Questo tipo di turbina viene utilizzata per cascate da 25 a 200 metri di altezza e raggiunge un'efficienza fino al 90%.
È una turbina a reazione a media pressione con asse verticale e lavora completamente immersa nell'acqua. La girante è costituita da pale che vengono azionate dall'acqua convogliata attraverso un distributore.
Può essere utilizzato in cascate da 20 a 200 metri di altezza e raggiunge un'efficienza del 90%. È il tipo di turbina più utilizzato nei grandi impianti idroelettrici del mondo..
È una variante della turbina Francis e, come questa, ha un asse verticale, ma la girante è costituita da una serie di pale registrabili. È di reazione ad alta pressione e funziona totalmente sommerso in acqua.
La turbina Kaplan viene utilizzata in cascate da 5 a 20 metri di altezza e la sua efficienza può arrivare fino al 95%.
L'alternatore è un dispositivo che ha la capacità di trasformare l'energia meccanica in energia elettrica attraverso l'induzione elettromagnetica. Pertanto, i poli magnetici (induttore) vengono ruotati all'interno di una bobina con poli alternati di materiale conduttivo (ad esempio, rame avvolto in ferro dolce).
Il suo funzionamento si basa sul fatto che un conduttore sottoposto per un certo tempo ad un campo magnetico variabile, genera una tensione elettrica.
La potenza idraulica è ampiamente utilizzata perché ha molti aspetti positivi. Tra questi possiamo evidenziare:
Sebbene nel caso degli impianti idroelettrici l'investimento iniziale sia elevato, in termini generali a lungo termine si tratta di energia a buon mercato. Ciò è dovuto alla sua stabilità e ai bassi costi di manutenzione..
Inoltre, dovrebbe essere aggiunta la compensazione economica fornita dai bacini idrici con possibilità di acquacoltura, sport acquatici e turismo..
Essendo basato sul ciclo dell'acqua, è una fonte di energia rinnovabile e continua. Ciò implica che non si esaurisce nel tempo a differenza dell'energia dai combustibili fossili..
Tuttavia, la sua continuità dipende dal fatto che il ciclo dell'acqua non venga alterato in una data regione o globalmente..
L'energia idraulica è considerata molto efficiente e con prestazioni elevate comprese tra il 90 e il 95%.
Questo tipo di energia utilizza una fonte naturale come l'acqua e inoltre non produce rifiuti o gas inquinanti. Pertanto, il suo impatto sull'ambiente è basso ed è considerata una forma di energia pulita..
Nei casi in cui si realizzano serbatoi per l'utilizzo di energia idroelettrica, questi presentano una serie di ulteriori vantaggi:
- Consentono di regolare il flusso del fiume ed evitare le piene.
- Rappresentano un serbatoio di acqua per il consumo umano, l'irrigazione e l'uso industriale..
- Possono essere utilizzati come aree ricreative e per la pratica di sport acquatici.
Una limitazione della produzione di energia idroelettrica è la sua dipendenza dal regime delle precipitazioni. Pertanto, in anni particolarmente siccitosi, l'approvvigionamento idrico può diminuire drasticamente e il livello dell'invaso si abbassa..
Quando il flusso d'acqua è ridotto, la generazione di energia elettrica è inferiore. In modo tale che nelle regioni che sono fortemente dipendenti dall'energia idroelettrica possono verificarsi problemi di approvvigionamento..
La costruzione di una diga in un fiume altera il suo corso naturale, il suo regime di piena, diminuendo (diminuzione del flusso) e il processo di trascinamento dei sedimenti. Pertanto, si verificano cambiamenti nella biologia delle piante e degli animali che sono acquatici o che si trovano in prossimità del corpo idrico..
D'altra parte, la ritenzione di sedimenti nella diga altera la formazione di delta alla foce dei fiumi e altera le condizioni del suolo..
A causa del grande volume d'acqua immagazzinato in alcune dighe idroelettriche, una rottura del muro di contenimento o dei pendii vicini può causare gravi incidenti. Ad esempio, durante l'anno 1963 la pendenza della diga del Vajont (ora in disuso) si verificò in Italia e causò 2.000 morti..
La rotazione di una ruota azionata dall'energia cinetica dell'acqua consente di attingere l'acqua da un pozzo o canale poco profondo in un canale rialzato o serbatoio. Allo stesso modo, l'energia meccanica generata dalla ruota può azionare una pompa idraulica..
Il modello più semplice è costituito da una ruota con pale con ciotole che raccolgono l'acqua nello stesso momento in cui sono sospinte dalla corrente. Quindi, nella loro rotazione, fanno cadere l'acqua in una vasca o in un canale..
Per più di 2000 anni Greci e Romani utilizzarono l'energia idraulica per muovere mulini per macinare i cereali. Il giro della ruota spinta dal getto d'acqua attiva gli ingranaggi che fanno girare la macina.
Un'altra antica applicazione della lavorabilità basata sulla potenza idraulica è il suo utilizzo per attivare i soffietti della fucina nei lavori di fabbro e metallurgia..
Nelle miniere e nel petrolio, l'energia cinetica dell'acqua viene utilizzata per erodere la roccia, fratturarla e facilitare l'estrazione di vari minerali. Per questo, vengono utilizzati giganteschi cannoni ad acqua pressurizzati che colpiscono il substrato fino a quando non si erode..
Si tratta di una tecnica distruttiva per il suolo e altamente inquinante dei corsi d'acqua..
Una tecnica molto controversa che sta guadagnando slancio nell'industria petrolifera è il fracking. Consiste nell'aumentare la porosità del substrato roccioso contenente petrolio e gas per facilitarne la rimozione..
Ciò si ottiene iniettando grandi quantità di acqua e sabbia ad alte pressioni insieme a una serie di additivi chimici. La tecnica è stata messa in discussione a causa del suo elevato consumo di acqua, contaminando il suolo e le acque e causando cambiamenti geologici..
L'uso moderno più comune è quello di far funzionare centrali elettriche di generazione, le cosiddette centrali idroelettriche o centrali idrauliche.
La centrale idroelettrica delle Tre Gole si trova nella provincia cinese di Hubei, sul corso del fiume Yangtze. La costruzione di questa diga è iniziata nel 1994 ed è stata completata nel 2010, raggiungendo un'area allagata di 1.045 km² e una capacità installata di 22.500 MW (megawatt).
L'impianto comprende 34 turbine Francis (32 da 700 MW e due da 50 MW) con una produzione annua di energia elettrica di 80,8 GWh. È la più grande centrale idroelettrica del mondo per struttura e potenza installata.
La Diga delle Tre Gole è riuscita a controllare le periodiche inondazioni del fiume che arrivarono a causare gravi danni alla popolazione. Allo stesso modo, garantisce l'approvvigionamento elettrico della regione.
Tuttavia, la sua costruzione ha avuto alcune conseguenze negative come lo sfollamento di circa 2 milioni di persone. Inoltre, ha contribuito all'estinzione del delfino di fiume cinese in grave pericolo di estinzione (Lipotes vexillifer)..
La centrale idroelettrica di Itaipú si trova al confine tra Brasile e Paraguay, lungo il corso del fiume Paraná. La sua costruzione è iniziata nel 1970 e si è conclusa in tre fasi nel 1984, 1991 e 2003..
L'area allagata della diga è di 1.350 km² e ha una capacità installata di 14.000 MW. L'impianto comprende 20 turbine Francis da 700 MW ciascuna e ha una produzione annua di energia elettrica di 94,7 GWh.
Itaipu è considerata la più grande centrale idroelettrica del mondo in termini di produzione di energia. Contribuisce al 16% dell'energia elettrica consumata in Brasile e al 76% in Paraguay..
Per quanto riguarda i suoi impatti negativi, questa diga ha influenzato l'ecologia delle isole e il delta del fiume Paraná..
La centrale idroelettrica Simón Bolívar, nota anche come diga Guri, si trova in Venezuela sul corso del fiume Caroní. La costruzione della diga iniziò nel 1957, una prima fase fu completata nel 1978 e fu completata nel 1986.
La diga di Guri ha un'area allagata di 4.250 km² e una capacità installata di 10.200 MW. Il suo impianto comprende 21 turbine Francis (10 da 730 MW, 4 da 180 MW, 3 da 400 MW, 3 da 225 MW e una da 340 MW)
La produzione annua è di 46 GWh ed è considerato il terzo impianto idroelettrico al mondo per struttura e potenza installata. La centrale idroelettrica fornisce l'80% dell'energia elettrica che il Venezuela consuma e una parte viene venduta al Brasile.
Durante la costruzione di questa centrale idroelettrica, sono state allagate vaste aree di ecosistemi nella Guyana Venezuelana, una regione ad alta biodiversità..
Oggi, a causa della profonda crisi economica in Venezuela, la capacità produttiva di questo impianto è stata notevolmente ridotta..
1.- Hadzich M (2013). Energia idraulica, Capitolo 7. Corso di formazione tecnica del Gruppo PUCP. Tecnologie per case e hotel ecologici. Pontificia Università Cattolica del Perù.
2.- Raabe J (1985). Energia idroelettrica. Il design, l'uso e la funzione delle apparecchiature idromeccaniche, idrauliche ed elettriche. Germania: N. p.
3.- Sandoval Erazo, Washington. (2018). Capitolo 6: Concetti di base delle centrali idroelettriche http://www.researchgate.net/publication/326560960_Capitulo_6_Conceptos_Basicos_de_Centrales_Hidroelectricas
4.- Stickler CM, Coe MT, Costa MH, Nepstad DC, McGrath DG, Dias LCP, Rodrigues HO e Soares-Filho BS (2013). Dipendenza della produzione di energia idroelettrica dalle foreste nel bacino amazzonico su scala locale e regionale. Atti della National Academy of Sciences, 110 (23), 9601-9606.
5.- Soria E (s / f). Idraulica. Energie rinnovabili per tutti. IBERDROLA. 19 p.
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.