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Turbina: produttore di energia

Una turbina (dal latino turbo, vortice, dal Greco τύρ βη, tyrbē, “turbolenza”), è una turbomacchina motrice idonea a raccogliere l’energia cinetica e l’entalpia di un fluido ed a trasformarla in energia meccanica.
Teoria e caratteristiche operative
Il tipo più semplice di turbina prevede un complesso chiamato stadio, formato da una parte fissa, detta distributore o statore, ed una parte mobile, girante o rotore. Il fluido in movimento agisce sulla palettatura della parte rotorica, mettendola in rotazione e quindi cedendo energia meccanica al rotore.
I primi esempi di turbina furono i mulini a vento e le ruote idrauliche.
Una turbomacchina che viceversa cede lavoro al flusso viene detta compressore se il fluido elaborato è un gas o pompa se il fluido elaborato è un liquido.
Quasi tutti i tipi di turbina hanno inoltre una cassa, detta anche parte statorica o voluta, attorno alla parte rotorica che ha il compito di indirizzare e controllare il flusso. Tale parte può variare molto a seconda delle applicazioni o delle condizioni del flusso.
L’energia del fluido viene resa disponibile grazie alla rotazione dell’albero della turbina. Questa è la massa di liquido che batte sulla turbina e v la relativa velocità. Nella formula si inserisce la componente normale della velocità finale in un punto prossimo alla turbina; la componente tangenziale non produce lavoro meccanico né energia.
Il lavoro di una turbina è una complicazione del lavoro euleriano di una macchina rotante.
Il lavoro euleriano è il principio di funzionamento di una macchina rotante, e deve essere calcolato tenendo conto che quando l’osservatore e l’oggetto misurato si muovono a velocità diverse, è necessario comporre le forze in gioco con il triangolo delle forze.
L’osservatore, al solito, è fermo rispetto al rotore ed è un sistema di riferimento solidale con la pala (esempio tipico: osservatore seduto sulla pala).
⦁ Oltre alla velocità v assoluta, che è la velocità del fluido che colpisce sulla pala, l’osservatore vedrà anche una velocità periferica o di trascinamento u = ω · r, con direzione perpendicolare a r e proporzionale alla velocità angolare ω (giri/minuto). Turbina a contropressione, nel quale lo stato finale del fluido all’uscita dalla turbina è monofase.
⦁ La loro potenza:
⦁ Turbina di grande potenza.
⦁ Turbina di media potenza.
⦁ Turbina di piccola potenza.
⦁ I criteri costruttivi, e in particolare:
⦁ Il numero di stadi: si distingue tra turbine monostadio e pluristadio.
⦁ Il numero di corpi: si distingue tra turbine monocilindriche o pluricilindriche (quest’ultime hanno corpi di alta, media e bassa pressione).
⦁ Il numero di flussi in bassa pressione.
⦁ Il numero di linee di assi (o alberi): si distingue tra turbine a un’unica linea d’asse (tandem-compound) e o a doppia linea d’asse (cross-compound).
Grado di reazione
L’osservatore in altre parole non vede la velocità assoluta v, ma la composizione w = u + v e nel moto relativo il lavoro è nullo. Fissando l’origine del sistema di riferimento (l’osservatore) sulla pala, i due organi si muovono assieme in modo solidale (alla stessa velocità) e fra i due non c’è spostamento, e quindi il lavoro è nullo.
Turbina a azione
La turbina ad azione è un tipo di turbina nella quale tutta l’energia potenziale derivante dal salto utile dell’impianto viene trasformata in energia cinetica nel distributore. Di conseguenza il grado di reazione è nullo. Un esempio lampante è la Pelton.
Turbina a reazione
La turbina a reazione è un tipo di turbina nella quale l’energia potenziale derivante dal salto utile dell’impianto viene trasformata in energia cinetica solo in una percentuale dal distributore, mentre il resto viene lasciato alla girante.Le più conosciute sono la Francis e la Kaplan.
Turbina mista
Questo tipo di turbina comporta, sull’arrivo ad alta pressione, qualche girante che funziona ad azione, seguita, sulla parte a bassa pressione, da un tamburo con palette mobili, che costituisce uno stadio a reazione.
Esistono ulteriori tipi di turbina:
Turbina a vapore,Turbina a gas (turbomacchina),Turbina idraulica,Generatore eolico e Turbina Pelton.

Dario E.

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