Modello fisico per verificare la capacità autopulente dei canali derivatori

Concern of this paper is the improvement of an existing experimental model, situated in the ‘Fantoli Hydraulic Laboratory’ of Politecnico di Milano, which reproduces the typical derivation scheme of a small hydroelectric power plant and permits to analyze the hydraulic profile and the solid transport conditions occurring in the derivation channel. In this channel water, coming from the river, flows through an intake structure. More in detail, we will consider a particular water intake structure, the “trap fixed crossbeam”, which is a manhole realised with a metallic grid, disposed transverse to the river flow. This structure is typical of hydroelectric plants placed in mountain environments with natural water outflow (in the derivation channel there is a free surface flow), small derivable water and a geomorphology’s limited space to place all the handcrafts. The experimental laboratory model is been designed thanks to a dimensional study of the physical quantities involved and would represent a scaled physic model which reproduces precisely the derivation process considered. After the choice of an appropriate scale ratio, some of the physical quantities are fixed first, while others can vary within an established range of values. Furthermore, the author performs a series of tests to verify the proper operation of the whole plant, as well as its effective correspondence with the real phenomena. These analyzes permit to study the model’s validity range and to suggest design solutions to solve the main problems encountered during testing. In general the author wants to test the self-cleaning ability of the derivation channel using different flow rates and slope conditions, i.e. to determine in which cases the channel does not present significant bottom accumulation of sediments that could affect the entire system behaviour.

L’obbiettivo di questo elaborato è quello di migliorare il progetto di un banco sperimentale esistente nel laboratorio di idraulica Fantoli al Politecnico di Milano: il modello riproduce lo schema di derivazione tipico degli impianti idroelettrici di piccola potenza e permette di analizzare l’andamento del profilo idrico e le condizioni di trasporto solido che si instaurano nel canale derivatore in cui confluiscono le portate captate dall’opera di presa. Il prototipo di riferimento presenta un particolare tipo di opera di presa, ovvero la traversa derivante fissa “a trappola”, consistente in una tombinatura realizzata grazie ad una griglia metallica, disposta trasversalmente al flusso della corrente dell’alveo. Tale opera è tipica degli impianti idroelettrici a deflusso naturale localizzati in ambiente montano, in cui la portata derivabile dal corso d’acqua è modesta e lo spazio a disposizione per l’installazione dei manufatti è limitato dalla geomorfologia del territorio. Il banco sperimentale è stato progettato sulla base di uno studio dimensionale delle grandezze fisiche coinvolte nel fenomeno in esame e intende costituire un modello fisico in scala che riproduca il più fedelmente possibile il processo di derivazione del prototipo considerato. Dopo aver scelto un opportuno rapporto di scala geometrico, talune delle grandezze in gioco sono state fissate a priori, mentre ad altre è stato consentito di variare all’interno di un campo stabilito di valori. È stata quindi eseguita una serie di prove per appurare il corretto funzionamento dell’intero impianto, nonché la sua effettiva corrispondenza col fenomeno reale. Questo ha permesso di accertare il campo di validità del modello e proporre soluzioni atte a risolvere le problematiche riscontrate nel corso della sperimentazione. In generale si vuole studiare la capacità autopulente del canale di derivazione sotto diverse condizioni di portata e pendenza, cioè stabilire in quali casi il canale non presenta accumuli significativi di deposito solido al fondo che potrebbero inficiare il comportamento dell’impianto.