IL RICUPERO DI ENERGIA DALLE BRIGLIE MONTANE

Molti corsi d'acqua delle zone montagnose, che in origine avevano un alveo con una accentuata pendenza longitudinale, sono stati sistemati costruendo lungo il letto una serie di briglie il cui scopo è la dissipazione dell'energia posseduta dall'acqua e quindi la salvaguardia dall'erosione continua dovuta alla notevole velocità e violenza delle acque stesse soprattutto in periodi di piena. I corsi d'acqua così sistemati presentano la caratteristica di un profilo del pelo liquido scalettato con presenza di salti a cascata nei quali l'acqua, essendo sempre a contatto libero con l'atmosfera, perde tutta l'energia posseduta, energia che in buona parte potrebbe invece essere recuperata. Nella presente nota si propongono alcune delle modalità atte allo scopo pur rappresentando soltanto una soluzione di larga massima tra le molte possibili e volte a delineare il problema ed i risultati ottenibili.
Sono da rilevare due elementi fondamentali. In primo luogo il tema della presente nota è stato sicuramente già affrontato e risolto con soluzioni diversificate. In secondo luogo è opportuno tener presente come la soluzione più vantaggiosa, dal punto di vista meramente economico, sarebbe senza dubbio quella volta alla producibilità massima di energia elettrica pur comportando una modifica sostanziale delle briglie che dovrebbero esser trasformate in vere e proprie centrali idroelettriche in grado di utilizzare tutta la portata fluente in regime di portata bassa e medio bassa essendo anche munite di sfioratore laterale di superficie atto ad intervenire in regime di alte portate e di piena eccezionale per dissipare l'energia con modalità simili a quelle attuali . E' chiaro che interventi di quest'ultimo genere richiederebbero delle modifiche radicali le quali, a fronte di un notevole vantaggio economico, presenterebbero problemi ambientali così impattanti da metterne in discussione la fattibilità. Interessante citare, ad esempio, il caso del fiume Arno dove è attualmente presente una lunga serie di briglie aventi una elevata portata d'acqua fluente, una notevole altezza dei salti utili ai fini idroelettrici ed infine un cattivo stato di manutenzione (vedi foto a lato).

Si tratta di una corposa lista di favorevoli e concomitanti condizioni che hanno già portato alla decisione radicale cui si è fatto cenno e cioè alla imminente costruzione di veri e propri impianti idroelettrici con utilizzazione massima dell'energia potenzialmente disponibile essendo riusciti a superare tutti i pareri contrari in un primo tempo motivati da ragioni di impatto ambientale(vedi foto a lato) .

L'oggetto specifico della presente nota è totalmente diverso da quello riguardante il fiume Arno in quanto si basa sulla rinuncia di parte della producibilità idroelettrica allo scopo di limitare al massimo i danni ambientali. Le opere qui proposte sono totalmente sotterranee ed inoltre consentono di parzializzare la portata utilizzata in modo che l'intero corso d'acqua mantenga le precedenti caratteristiche fatta salva una diminuzione della portata della cascata della briglia su cui si opera.

In altri termini si apportano alle strutture esistenti delle modifiche così lievi da passare inosservate sia in ciò che riguarda aspetto esteriore e sia nella idrologia del corso d'acqua che mantiene quasi inalterato il profilo liquido originario.

Questo l'elenco delle opere in progetto.
1) A monte della briglia si prevede la creazione di una camera di lavoro, chiamata anche vasca turbine, completamente interrata e divisa in due parti essendo quella superiore metallica a carattere provvisorio e destinata a mantenere asciutta la camera di lavoro tutte le volte che si devono eseguire lavori di pulizia o di manutenzione. La parte inferiore della camera in calcestruzzo nella fase definitiva costituirà la vasca di presa e di carico dell'acqua. Sarà ottenuta togliendo d'opera la parte di cui al punto 1) che sarà sostituita da una griglia fine costituita da robusti trafilati in acciaio ed atta a salvaguardare le parti meccaniche da ogni possibile immissione di ghiaia o comunque di corpi solidi che potrebbero danneggiarle.
2) La condotta di derivazione comprendente:
A) La soglia superiore di raccolta ed immissione dell'acqua costituita da un'ampia superficie in robusta lamiera di acciaio munita di imbocchi a forma di tronco di piramide rovescia ed atti ad orientare i flussi idrici verso la sottostante e verticale condotta di derivazione circolare. La soglia è protetta da una robusta griglia fine costituita da barre verticali in acciaio affiancatecon una luce massima di cm 2 tra barra e barra e poste in opera longitudinalmente rispetto alla direzione di moto dell'acqua.
B) La tubazione di derivazione vera e propria composta nell'ordine da un raccordo tra ingresso quadro della piramide rovescia e la valvola di regolazione, da breve tronco verticale del diametro di m 0,60 contenente la valvola a farfalla di chiusura e regolazione del prelievo, da un raccordo da 600 a 400 mm,da un tronco verticale del diametro di mm 400 contenente la turbina e l'alternatore di tipo a fuso, a un secondo raccordo da mm 400 a mm 600, una curva a 90° diam. 600 mm, un tronco orizzontale di uscita diametro 600 mm, ed infine dal diffusore finale a coda di rondine. Ovviamente le dimensioni indicate sono soltanto indicative in quanto in sede di progettazione esecutiva, dovranno di volta in volta essere rideterminate in funzione delle effettive condizioni locali.
C) Il gruppo turbina alternatore del tipo a bulbo con turbina Kaplan il tutto inserito in una struttura metallica chiusa (vedi foto a lato).

I concetti di funzionamento delle opere si basano sul principio per il quale la presenza della condotta di derivazione opera una sostanziale modifica alle forze in gioco sostituendo alla totale dissipazione dell'energia che ha luogo ad opera del salto dell'acqua svolto in contatto con l'atmosfera, un suo ricupero parziale essendo l'acqua sottoposta a pressione entro la condotta di derivazione. Immaginando la tubazione completamente libera e quindi senza turbine, si riscontrerebbe, nella zona di imbocco, una forte aspirazione d'acqua il cui livello lungo tutta la larghezza della briglia assumerebbe una doppia pendenza dai lati verso il centro riuscendo ad addurre a valle una rilevante portata attraverso la condotta stessa e quindi parzializzando fortemente la lama stramazzante della cascata. Infatti, in tale frangente, la condotta di derivazione potrebbe disporre di tutto il carico idraulico necessario per fronteggiare le perdite di carico continue della tubazione e quelle ulteriori di imbocco, sbocco e della curva a 90°. Si tratterebbe ovviamente di un funzionamento anomalo cui pone rimedio la turbina-alternatore che, opportunamente regolata dalle valvole a farfalla ed utilizzando solo una parte del carico per produrre energia elettrica, mantiene una lama d'acqua che stramazza lungo la briglia allo scopo di ripristinare in tal modo l'aspetto ambientale originario.
La descrizione sopra riportata riguarda esclusivamente l'indicazione sommaria delle opere di ricupero energetico qui trattate. Invece la realizzazione di una soluzione reale è tutt'altra cosa. Tutte le opere devono essere dimensionate in funzione delle caratteristiche effettive dei luoghi e cioè portata minima disponibile, salto utile, la purezza delle acque ecc. Anche il numero delle turbine, da installare nella vasca interrata, dipende dalla portata tenendo presente che la presenza di più macchine tutte funzionanti in parallelo oppure parzialmente fuori servizio, consentono una migliore regolazione della portata prelevata potendo mantenere, anche al variare della portata del corso d'acqua, una lama sfiorante atta a non alterare l'aspetto finale del corso d'acqua conservando invece una discreta attività delle cascate in corrispondenza delle briglie.
Una particolare cura va posta nei riguardi della possibilità di piena del fiume e ad eventuale trasporto solido ai cui danni si dovrà far fronte tramite la griglia superiore che allo scopo dovrà essere costituita da barre metalliche verticali con interasse minimo e disposte parallelamente al flusso dell'acqua in modo che sia la corrente stessa ad effettuare la loro pulizia una volta terminata la piena. Allo scopo di ridurre al minimo i danni provocati dai materiali in sospensione come sabbie e limi, le pale delle turbine dovranno essere costruite con materiali resistenti all'abrasione. Si dovrà inoltre provvedere alla sostituzione sistematica delle pale a periodi fissi onde garantire nel tempo il funzionamento corretto delle turbine. Ovviamente il problema è notevolmente aggravato nei periodi piovosi tanto da non poter escludere la possibilità di dover sospendere il funzionamento tramite la chiusura delle valvole a farfalla quando il trasporto solido del corso d'acqua è eccessivo e di adottare un esercizio limitato ai soli periodi di tempo secco quando l'acqua del rio è perfettamente pulita. Si tratta solo di ipotesi nel mentre l'esercizio effettivo dovrà essere definito sulla base delle caratteristiche reali del corso d'acqua puntando soprattutto, allo scopo di aumentare al massimo la producibilità di energia, sulla resistenza all'abrasione delle pale delle turbine anche a mezzo di speciali vernici protettive da rinnovare frequentemente.
In caso di necessità l'impianto potrà anche essere messo fuori servizio tramite chiusura preventiva delle valvole a farfalla, salvo dover provvedere ad una accurata pulizia al momento della rimessa in moto. A tale scopo si dovrà preliminarmente installare superiormente la protezione in acciaio atta a mantenere all'asciutto l'intera opera.

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