L’energia idroelettrica rappresenta, nello scenario italiano, la più importante forma di energia rinnovabile. Producendo il 41% dell'energia rinnovabile necessaria al Paese, con una produzione di 46 TWh, l’Italia si colloca al quarto posto per energia idroelettrica prodotta in Europa. La potenza messa a disposizione è aumentata negli ultimi anni del 10%, mentre il numero delle installazioni è salito significativamente del 78%. Il panorama idroelettrico italiano però, non necessita solo di un potenziamento, ma per lo più di costanti opere di rinnovamento dovute alla obsolescenza degli impianti esistenti. L’energia idroelettrica è una fonte rinnovabile perché utilizza come materia prima l’acqua, e permette anche un significativo contenimento dei costi rispetto a molte altre fonti più costose al netto dei costi delle dighe, degli impianti e delle opere di manutenzione. Allo sviluppo del settore idroelettrico italiano, però, non ha fatto seguito lo sviluppo di un database che raccolga le informazioni principali, quali posizione, gestore, salto, portata e producibilità, degli impianti idroelettrici italiani. Lo studio della seguente tesi mira ad arricchire questo database creato appositamente dal gruppo di ricerca Turbomachinery and Energy System (TES) dell’Università di Padova, catalogando ed analizzando nello specifico gli impianti dotati di turbine Francis, le quali risultano essere le macchine idrauliche più diffuse a livello globale (si stima, infatti, che il 60% dell'energia idroelettrica mondiale sia prodotta da questa tipologia di turbina). Il presente elaborato, in particolare, si concentra sugli aspetti relativi allo sviluppo, la tecnica e l’utilizzo dei diversi profili alari NACA nell’ambito della progettazione e realizzazione delle pale distributrici all’interno di turbine Francis. A seguito dell’approfondimento del ruolo ricoperto da questi componenti nella regolazione della portata e dei parametri che ne definiscono la geometria, è stato quindi possibile generare un codice MatLab per la creazione automatica di domini tridimensionali relativi a pale distributrici utili per future simulazioni fluidodinamiche al variare di parametri come la sigla relativa al profilo NACA selezionato e l’inclinazione della pala rispetto alla direzione tangenziale. Per poter procedere in tale direzione, la tesi introdurrà, in modo teorico e qualitativo, gli aspetti riguardanti la geometria, le dimensioni ed il campo operativo delle turbine Francis. Successivamente, l’attenzione verrà focalizzata sulle pale distributrici, descrivendone le funzioni e la loro geometria, per poi passare alla trattazione ingegneristica e matematica sui profili NACA. Infine, verranno presentati sia il codice MatLab per la generazione automatica dei domini fluidodinamici delle pale distributrici, sia alcuni risultati ottenuti dall’esecuzione dello script, quali, ad esempio, l’andamento dell’area di passaggio minima al variare del grado di apertura.

Sviluppo di un codice MatLab per la modellazione di pale distributrici a partire da profili NACA simmetrici

GAETA, TOMMASO
2023/2024

Abstract

L’energia idroelettrica rappresenta, nello scenario italiano, la più importante forma di energia rinnovabile. Producendo il 41% dell'energia rinnovabile necessaria al Paese, con una produzione di 46 TWh, l’Italia si colloca al quarto posto per energia idroelettrica prodotta in Europa. La potenza messa a disposizione è aumentata negli ultimi anni del 10%, mentre il numero delle installazioni è salito significativamente del 78%. Il panorama idroelettrico italiano però, non necessita solo di un potenziamento, ma per lo più di costanti opere di rinnovamento dovute alla obsolescenza degli impianti esistenti. L’energia idroelettrica è una fonte rinnovabile perché utilizza come materia prima l’acqua, e permette anche un significativo contenimento dei costi rispetto a molte altre fonti più costose al netto dei costi delle dighe, degli impianti e delle opere di manutenzione. Allo sviluppo del settore idroelettrico italiano, però, non ha fatto seguito lo sviluppo di un database che raccolga le informazioni principali, quali posizione, gestore, salto, portata e producibilità, degli impianti idroelettrici italiani. Lo studio della seguente tesi mira ad arricchire questo database creato appositamente dal gruppo di ricerca Turbomachinery and Energy System (TES) dell’Università di Padova, catalogando ed analizzando nello specifico gli impianti dotati di turbine Francis, le quali risultano essere le macchine idrauliche più diffuse a livello globale (si stima, infatti, che il 60% dell'energia idroelettrica mondiale sia prodotta da questa tipologia di turbina). Il presente elaborato, in particolare, si concentra sugli aspetti relativi allo sviluppo, la tecnica e l’utilizzo dei diversi profili alari NACA nell’ambito della progettazione e realizzazione delle pale distributrici all’interno di turbine Francis. A seguito dell’approfondimento del ruolo ricoperto da questi componenti nella regolazione della portata e dei parametri che ne definiscono la geometria, è stato quindi possibile generare un codice MatLab per la creazione automatica di domini tridimensionali relativi a pale distributrici utili per future simulazioni fluidodinamiche al variare di parametri come la sigla relativa al profilo NACA selezionato e l’inclinazione della pala rispetto alla direzione tangenziale. Per poter procedere in tale direzione, la tesi introdurrà, in modo teorico e qualitativo, gli aspetti riguardanti la geometria, le dimensioni ed il campo operativo delle turbine Francis. Successivamente, l’attenzione verrà focalizzata sulle pale distributrici, descrivendone le funzioni e la loro geometria, per poi passare alla trattazione ingegneristica e matematica sui profili NACA. Infine, verranno presentati sia il codice MatLab per la generazione automatica dei domini fluidodinamici delle pale distributrici, sia alcuni risultati ottenuti dall’esecuzione dello script, quali, ad esempio, l’andamento dell’area di passaggio minima al variare del grado di apertura.
2023
Development of a MatLab code for modelling guide vanes from symmetrical NACA profiles
Profili NACA
Turbine Francis
Guide vanes
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/71722