Relazione - INFN-LNL

Classe 3 BMT
Sperimentando: “L’ENERGIA SI TRASFORMA”
IPSIA “GALILEO GALILEI” di Castelfranco Veneto (TV)
Sperimentando 2009
Concorso ”Sperimenta anche tu”
RELAZIONE
TITOLO: L’ENERGIA
SI TRASFORMA.
AUTORI DELL’ESPERIMENTO:
CECCHIN ALESSANDRO, CICOLIN ATTIA, CONTRO MATTEO, D'AGOSTINI MRCO,
DAMETTO IMONE, DENGO DAVIDE, DE PIERI STEFANO, FAVARO SEBASTIANO,
FOSCARO MICHELE, GRIGOLETTO CESARE, MARGINA VASILE, MUNARO RUDY,
PATTARO NICOLA, VOLPATO DAVIDE, VOLPATO MAURO.
DOCENTE REFERENTE: FRANCESCO MARACCI
CLASSE: 3 BMT
AREA SCIENTIFICA DI RIFERIMENTO: ENERGIA
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Sperimentando: “L’ENERGIA SI TRASFORMA”
“Abbiamo scelto di costruire questo plastico, che rappresenta una
centrale idroelettrica, perché noi studenti, con la nostra fantasia
ingegnosa, volevamo stupire con una cosa particolare”
Di seguito vengono descritte la parti essenziali della centrale
idroelettrica e si riportano i numeri del mercato italiano
dell’energia per permettere ai visitatori di contestualizzare la
produzione di energia idroelettrica sia da un punto di vista
qualitativo che quantitativo.
NOTA
Il materiale di studio è stato raccolto ed elaborato dagli studenti
durante le ore di progetto con il supporto del docente.
Nella presente relazione sono stati riportati solamente i testi
esposti unitamente al plastico.
Dove non esplicitato la fonte è Wikipedia, l’enciclopedia libera
disponibile in Internet.
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L'ENERGIA ELETTRICA
è una forma intermedia di energia. Viene prodotta in
centrali
termoelettriche
(dove
si
brucia
olio
combustibile, gas, carbone, biomasse, ecc.), in centrali
idroelettriche ed elettronucleari; quantità più piccole
sono prodotte dal vento, da pannelli solari fotovoltaici,
dalle maree, ecc.
L'energia elettrica è facile da trasportare attraverso
reti elettriche integrate. Dopo il trasporto l'energia
elettrica viene trasformata per l'utilizzazione in energia
meccanica, termica, luminosa, chimica, ecc.
[Credit:GRTN s.p.a. 2003]
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LE FONTI DI ENERGIA IN ITALIA
Il fabbisogno elettrico in Italia varia, tra la notte e il
giorno, dai 28 ai 50 GW (“giga watt”).
1 GW = 1'000'000'000 W
una lampadina può consumare 60W, una lavatrice 1’800W
L’energia prodotta proviene principalmente da centrali
termoelettriche (82%) .
In Italia si fa uso anche di FONTI RINNOVABILI e si
produce energia elettrica nelle centrali idroelettriche
(15%), geotermoelettriche (2%), eoliche e fotovoltaiche
(1%). Una piccola parte di energia elettrica prodotta con
centrali termoelettriche utilizza termovaloizzatori che
bruciano biomasse e rifiuti urbani.
Il 12.8% di elettricità è importata dall’estero
specialmente da centrali termoelettriche.
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FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE
IDROELETTRICA
La centrale idroelettrica sfrutta
l’ENERGIA
POTENZIALE
dell’acqua accumulata nei bacini.
Attraverso condotte forzate
l’energia potenziale dell’acqua si
trasforma
in
ENERGIA
CINETICA e
raggiunge la
turbina. La TURBINA, messa in
rotazione dall’acqua, trasforma
l’energia cinetica in energia
meccanica di rotazione.
ENERGIA
POTENZIALE
ENERGIA
POTENZIALE
ENERGIA CINETICA
ENERGIA
MECCANICA
Alla
turbina
è
meccanicamente
collegato
un
GENERATORE,
o
alternatore,
addetto
alla
trasformazione di energia meccanica in ENERGIA
ELETTRICA ad alta tensione.
ENERGIA
MECCANICA
ENERGIA
ELETTRICA
L’energia elettrica viene trasmessa attraverso le LINEE
ad alta tensione (per ridurre le perdite) quindi
attraverso un TRASFORMATORE, che abbassa la
tensione e alza l’intensità di corrente, raggiunge gli
UTILIZZATORI quali industrie [alimentate a 400Volt
trifase] e abitazioni [alimentate a 230V monofase].
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VARI TIPI DI TURBINA
PER LE CENTRALI IDROELETTRICHE
Francis: È una turbina a flusso centripeto: l'acqua
raggiunge la girante tramite un condotto a chiocciola che
la lambisce interamente, poi un
distributore,
ovvero
dei
palettamenti sulla parte fissa,
statorica, indirizzano il flusso per
investire le pale della girante.
La turbina è detta a reazione,
poiché non sfrutta solo la velocità
del getto d'acqua, anzi quando
giunge nella girante è ancora in pressione. Tramite il
condotto convergente delle pale del distributore e della
girante si finisce di trasformare la pressione ancora
presente in velocità (energia cinetica)
(inventata nel 1948 da James B. Francis)
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PELTON: risulta essere ancora oggi la turbina con
rendimento più elevato. È utilizzata per grandi salti
(maggiori di 15 m, di solito
tra i 300 e i 1400 m) e
piccole portate (inferiori a
50 m³/s), si utilizza quindi
solitamente per i bacini
idroelettrici alpini.
L'energia potenziale
dell'acqua ( U = mgh )
accumulata ad elevate
altitudini giunge alla turbina
tramite dei "condotti
forzati" (grosse tubature)
che conducono l'acqua a valle. Un ugello (o più di uno)
indirizzano l'acqua sulle pale della Pelton determinandone
la rotazione. L'ugello grazie alla sua forma trasforma in
energia cinetica ( E = 1/2mv2 ) tutta la pressione
contenuta sui condotti, così il getto sulla turbina non sarà
in pressione: proprio per questo la turbina Pelton è una
turbina ad azione. (inventata nel 1879 da Allan Pelton)
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Kaplan: È una turbina idraulica a reazione che sfrutta
piccoli dislivelli, fino a qualche decina di metri, ma con
grandi portate, da qualche
decina
di
m³
in su.
Costruttivamente è un'elica,
ove le pale si possono
orientare, al variare della
portata
d'acqua
permettendo di mantenere
alto il rendimento fino a
portate del 20-30% della
portata
nominale.
Il
liquido
giunge
sulla
turbina grazie ad un condotto a forma di chiocciola che
alimenta tutta la circonferenza, poi attraversa un
distributore fisso che dà al fluido una rotazione
vorticosa, essenziale per imprimere il moto alla girante,
ove il flusso deviato di 90° la investe assialmente.
(inventata nel 1913 da Viktor Kaplan)
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IL POMPAGGIO
Spesso le centrali idroelettriche sono dotate di un bacino
di raccolta anche a valle: l'acqua, che ha generato energia
elettrica durante il giorno passando nelle turbine, può
essere riportata dal bacino di valle al bacino di monte
durante le ore di
minor richiesta
di energia (ad
esempio
di
notte), mediante
pompaggio. Per
questa
operazione viene
utilizzata
l'energia elettrica in eccesso e non diversamente
accumulabile, prodotta dalle centrali termiche di tipo
"sempre acceso".
Il bacino di monte viene "ricaricato" durante la notte e le
masse d'acqua riportate a monte possono quindi essere
riutilizzate nei giorni seguenti nelle ore di maggiore
richiesta energetica .
Questo tipo di
accumulazione.
centrali
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sono
dette
impianti
ad
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In esse si possono realizzare gruppi di macchine
reversibili;
il
macchinario
elettrico
funziona
all'occorrenza da generatore o da motore.
In taluni impianti è altresì possibile sfruttare la
reversibilità di talune turbine, come ad esempio la
turbina kaplan, che nel suo funzionamento inverso
funziona da pompa, riducendo i costi di impianto e di
manutenzione, a fronte di una accettabile perdita di
rendimento.
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