La ruota idraulica è una macchina che permette di trasformare l’energia dell’acqua in energia meccanica.
Le sue origini sono antichissime e risalgono all’alba della nostra società.
Noi di Wesen abbiamo utilizzato la ruota idraulica come strumento interattivo di comunicazione. Grazie a un semplice esercizio fisico si possono quindi spiegare concetti complessi come la differenza tra energia e potenza.
Principi di Funzionamento
Nei mulini a ruota verticale la ruota o le ruote sono collocate all’esterno della struttura, su di un fianco.
La ruota è fissata ad un albero orizzontale che trasmette il moto rotatorio all’interno dell’opificio.
I mulini ad acqua a ruota verticale esistono grazie al meccanismo lubecchio - rocchetto invenzione di Vitruvio (I secolo a.C.) dal quale deriva la nomenclatura “mulino vitruviano”.
Grazie a questo meccanismo è possibile moltiplicare il numero dei giri delle macine rispetto ai giri delle ruote e trasformare il moto verticale della ruota nel moto orizzontale utile al movimento delle macine.
Questa tipologia di mulino è comune nelle località di pianura dove i canali godono di una portata d’acqua elevata e costante e nelle località di alta montagna dove i corsi d’acqua hanno portate abbondanti e presentano notevoli dislivelli.
I mulini a ruota verticale sono ampiamente diffusi nell’alta valle del Taro, nell’alta val d’Enza, nella val Parma e nella val Baganza.
Componenti e Meccanismi
I raggi della ruota sono fissati all’estremità esterna dell’albero orizzontale.
Questi sono collegati ad un tamburo racchiuso lateralmente da due dischi.
All’interno dei dischi sono disposti dei divisori che formano una serie di cassette di uguali dimensioni.
All’albero orizzontale sono fissati un numero di lubecchi uguale a quello delle macine da azionare. i denti del lubecchio sono fatti per inserirsi nelle scanalature dei rocchetti.
Ogni rocchetto è attraversato verticalmente da un albero di trasmissione che si dirige verso l’alto ed imprime il movimento rotatorio alla macina superiore.
Nel locale di lavorazione di un mulino a ruota verticale sono frequentemente ubicate due o tre coppie di macine diversificate per dimensioni e composizione della pietra, questo è possibile perchè ogni ruota idraulica può muovere contemporaneamente un numero di palmenti variabili da due a tre.
Ruote "per di sopra"
Le ruote "per di sopra" sfruttano unicamente il peso dell’acqua fatta cadere da una doccia posta al di sopra della ruota.
Le pale sono a forma di cassetta per contenere facilmente l’acqua e sfruttarne al meglio il suo peso.
Lo squilibrio tra cassette piene discendenti e quelle vuote ascendenti produce il moto rotatorio.
Le ruote verticali anticamente erano costruite interamente in legno, nel corso dei secoli si è iniziato a rinforzare le strutture lignee con inserti in ferro, fino a che non si è passato a costruire le ruote interamente in ferro.
Considerazioni Progettuali
… perciò, con salti elevati (volumi da macinare permettendo) si possono usare due ruote sovrapposte come schizzato a destra, cosa vantaggiosa quando il livello del fiume sale perché la ruota superiore non viene disturbata mentre quella inferiore, girando nell’altro senso, aiuta ad allontanare i detriti e ciò consente di tenere più bassa la ruota e recuperare ciò che si perde di salto per alimentare la ruota inferiore.
Osservando la curva delle portate parrebbe che il DMV, se macinato, sarebbe utilizzabile per 260 gg, quindi avremmo 0,19/365x260=0,13+0,72=0,85 di volume medio annuale nell’ipotesi ruote (media su 365 gg).
La briglia utilizzata ha un salto di 3,5 metri, quindi la potenza nominale di un impianto ivi collocato sarebbe 0,85x3,5x9,81=29 kW e vi si potrebbero collocare 2 ruote sovrapposte da 1,5 m.
Dai dati esposti a pag. 3, per macinare 2 mc/s servono 5 ruote lunghe 3 metri (135x15=2025 l/s), 10 in totale.
Stima dei Costi
Per 10 ruote in lamiera zincata da 2,5 mm (12.000 kg circa) abbiamo un preventivo per circa 30.000 euro.
Telai e griglie: circa 7.000 kg di ferro, diciamo altri 15.000 euro.
(VERIFICARE convenienza del ferro CORTEN, pare costi meno e resista di più del ferro zincato).
Per il basamento in cui annegare i piedi del telaio, ipotizziamo 4x1x20= 80 mc di cemento armato x 200 = 16.000 euro più i lavori di scavo e sistemazione massi eccetera, diciamo 4.000 euro, 20.000 in totale.
Si suppone anche di lasciare tutto in alveo (montaggio *pendolare* del moltiplicatore eccetera) e di usare asincrono + inverter (questo perché si vogliono sfruttare volumi molto variabili).
VERIFICARE se è vero che oggi si può evitare il doppio inverter (“back to back” in gergo) uno per ottimizzare il generatore e l’altro verso la rete.
Per i costi burocratici si azzarda di stimarli in 10.000 euro (la derivazione non esiste e l’impatto ambientale è veramente minimo).
Aggiungiamo 10.000 per il progetto.
Per l’allacciamento in bassa tensione, col fotovoltaico, si pagano circa 3000 euro se si sta entro 1 Km, ipotizziamo quindi 5.000. Parrebbe che sotto i 50 kW basti andare in Comune (VERIFICARE). In totale 25.000.
Sembra una stima troppo ottimistica. Se anche troppo ottimistica, sembra che esaminare l’ipotesi con maggior accuratezza non sia una perdita di tempo.
Si noti che il ferro per una coclea equivalente dovrebbe essere complessivamente sui 5000 kg (VERIFICARE) mentre qui sarebbero circa 20.000 kg.
Però si risparmia molto di cemento. Comunque, come già detto, quello che conta è il costo per kWh prodotto più vantaggi-svantaggi di contorno (1-->13).
Tabella dei Costi Stimati
| Componente | Costo Stimato |
|---|---|
| Ruote in lamiera zincata | 30.000 € |
| Telai e griglie | 15.000 € |
| Basamento in cemento armato | 20.000 € |
| Alternatore asincrono da 50 kW | 5.000 € |
| Costi burocratici | 10.000 € |
| Progetto | 10.000 € |
| Allacciamento in bassa tensione | 5.000 € |
| Totale (approssimativo) | 95.000 € |
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