Una gita in centrale: Bertini

L'Ecomuseo Adda di Leonardo, poco prima di iniziare la visita alla centrale idroelettica Bertini, inizia raccontando un po' di cose sullo sviluppo dei navigli milanesi, la rete di acqua che avrebbe dovuto trasformare Milano in un porto di mare in mezzo alla pianura Padana:

In posizione mediana rispetto al Ticino e all'Adda, Milano guardò sempre a questi due fiumi in funzione di un proprio sbocco sul mare attraverso il Po. Abbandonata l'idea di un collegamento diretto al grande fiume attraverso il Lambro, la città si concentrò su un sistema di canali artificiali formatisi in sette secoli fra i due bacini del Ticino e dell'Adda. A questi due sottosistemi appartengono rispettivamente il Naviglio Grande, Il Naviglio di Bereguardo, il Naviglio di Pavia (sistema del Ticino); il Naviglio Martesana e il Naviglio Paderno (sistema dell'Adda).

E' qui che inizia la nostra visita domenicale alla centrale idroelettrica Bertini, la seconda centrale che abbiamo visitato all'interno fino ad ora (della prima escursione non ho foto...).

La Bertini è la prima centrale idroelettrica costruita in Europa: i tecnici della Edison, l'azienda che l'ha costruita e che ne detiene ancora oggi il possesso, all'epoca dell'esposizione universale di Parigi del 1889, rimasero affascinati dai progetti della centrale idroelettrica del Niagara e decisero di acquistarli in toto per sperimentare un progetto simile anche per l'Italia.
Costruita sulla riva destra dell'Adda, quella milanese, la centrale Bertini ha iniziato la produzione di energia nel 1895, in pratica ripetendo l'impresa (ritenuta quasi impossibile) della centrale statunitense del Niagaradi trasportare l'energia elettrica per oltre trenta chilometri, in questo caso fino a Milano.
Come tutte le centrali idroelettriche, anche la Bertini sfrutta l'energia potenziale dell'acqua: in questo caso si incanala una certa portata d'acqua dal corso del fiume e la si fa cadere per una trentina di metri fino a un sistema di tubi che successivamente la trasporterà all'interno delle turbine, dove l'energia potenziale verrà trasformata in energia elettrica. Le turbine installate nella Bertini sono sostanzialmente le turbine Francis, realizzate nel 1848 dall'ingegnere inglese James Francis.

Nella realizzazione del progetto,in effetti, c'è un fatto curioso che uno dei compagni della comitiva ha notato: l'acqua, prima di venire diretta dentro le turbine, viene convogliata ad una quota inferiore rispetto alle turbine stesse. In quel momento non avevo alcuna idea, ma considerando che la turbina Francis sfrutta la forza centripeta, posso semplicemente avanzare l'ipotesi che in questo modo si inizia a "curvare" l'acqua prima che entri nella turbina, forse per ridurre effetti collaterali come la cavitazione⁽²⁾. E d'altra parte c'è da considerare che, in questo modo, i tubi possono svilupparsi sotto il pavimento della centrale senza intralciare i movimenti all'interno della stessa. Se qualcuno, però, ha la spiegazione, è pregato di farsi avanti e commentare!

L'energia prodotta dalla Bertini, che variava in un intervallo compreso tra i 12000 e i 15000 volt, però, doveva in qualche modo essere trasportata fino a Milano, dove si riduceva a circa 3700 volt e veniva usata parte per l'illuminazione (prodotta in questo caso anche grazie all'energia della centrale termoelettrica cittadina di Porta Volta) e parte per i trasporti: Milano, infatti, è stata la prima città europea ad avere i tram elettrificati.
Per il trasporto di tutta questa energia, invece, vennero costruiti i primi tralicci dell'alta tensione del mondo con degli isolatori in ceramica realizzati a partire da alcuni progetti statunitensi (e dopo aver scartato quelli tedeschi). In pratica l'ingegnere Guido Semenza della Edison realizzò tre distinti progetti di isolatore, poi costruiti da Richard Ginori⁽¹⁾.

Una volta a Milano la corrente elettrica veniva divisa in due componenti, the capacity current and the leakage current. Per ottenere questo risultato, Semenza

(...) adopted an ingenious method, which consists in inserting between two wires of the line a lamp resistance and measuring, with the aid of three ammeters, the current absorbed by the line, that of the lamps and the resulting total, which form a triangle in graphical representation.⁽¹⁾

La sfida più importante rimasta a questo punto era quella di proteggere la linea dagli agenti atmosferici.

At the extremity of the lines a number of Wurts lightning arresters are installed and along the line groups of Siemens lightning arresters. Heavy storms were frequent during the year 1899 and also in the present year. The interruptions of service due to this cause have been four in number, and but two of these have been ascribed to faulty working of the lightning arresters. Seldom more than four or five discharges occur during a storm. Whether this is due to local conditions, to the protecting action of the iron poles or to the type of the lightning arresters, the slowly and continuously discharging of which prevent the accumulation of static charges, is yet to be ascertained. The Siemens lightning arresters have acted properly several times, although their discharges cause a considerable lowering of tension, which may possibly provoke the falling out of step of synchronous motors.
Mr. Semenza thinks that in general it is almost impossible to foresee or prevent accidents which occur on lines of very high potential on account of their instantaneousness, and earth indicators have seldom been of any real service.⁽¹⁾

Abbandonata la Bertini e il museo accanto, di avviamo verso il famoso traghetto di Leonardo, costruito seguendo i progetti del genio di Vinci e che funziona a tutt'oggi senza l'ausilio di alcun motore, ma sfruttando semplicemente la forza del fiume, che attraverso il particolare ancoraggio si trasforma in spostamento trasversale rispetto alla corrente dell'Adda.

Gallerie: Centrale idroelettrica Bertini

Gallerie: Sul traghetto di Leonardo

(1) Elton Gish, Richard Ginori Insulator for line from Paderno to Milan, Italy. Electrical World and Engineer, vol. 36, no. 21, p. 805-806, col. 1-2 (1900)
(2) Riguardo la cavitazione, una definizione può essere trovata nell'introduzione di Analysis of the Cavitating Draft Tube Vortex in a Francis Turbine Using Particle Image Velocimetry Measurements in Two-Phase Flow (pdf)

For hydraulic turbines, the operating points at partial flow rate are associated with a vortex at the runner outlet, in the draft tube cone. Cavitation develops into the low pressure zone of the vortex core. The vortex rope, a helical vortex that is cavitating in its core, appears and the cavitating volume varies with the underpressure level.

Non c'è però solo la cavitazione come problema da considerare in una turbina, come scritto in Numerical simulation of fluid added mass effect on a francis turbine runner (pdf)

In an actual turbine, there are some fixed solid boundaries near the runner which can modify the added mass effect. This effect can be enhanced if the gap is small and the deflection against the solid wall is large enough. In a Francis turbine, a very small gap is generally found between the runner band and the casing where the seals are located. Therefore, the boundary effect should be important if the vibration modes produce large band deformation in the radial direction. For other band modes with lower deformation the effect should be less significant.