| Turbina | |||||
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| turbine idrauliche | turbine a vapore | turbine a gas|
La turbina è una macchina motrice rotante che converte in
energia meccanica l'energia cinetica di un fluido in movimento. L'elemento essenziale
della turbina è la girante, o rotore, che può essere costituita da un'elica oppure da
una ruota con alette o pale variamente profilate. L'energia meccanica acquisita dalla
girante viene poi trasmessa a un albero motore che viene utilizzato per azionare una
macchina, un compressore, un generatore elettrico o un'elica.
Le turbine
idrauliche trasformano l’energia del flusso di una massa d’acqua in energia
utile. La turbina Kaplan funziona più o meno come l’elica di una nave: ampie pale
rotanti, messe in moto dall’acqua ad alta pressione liberata attraverso una chiusa,
azionano l’asse del generatore. La turbina Pelton, ideata nel XIX secolo, funziona
come una tradizionale turbina idraulica: un potente getto d’acqua ad alta pressione
ne colpisce i cucchiai, azionando il meccanismo. Negli impianti idroelettrici moderni vengono costruite grandi unità in presenza di dislivelli elevati, impiegando generalmente turbine Kaplan fino a 60 metri e turbine Francis fino a 600 metri.  Turbine a
vapore
Il successo della turbina idraulica suggerì
la possibilità di applicare il principio della turbina alla produzione di energia
meccanica ed elettrica utilizzando il vapore. Mentre la macchina a vapore di Watt, a moto alternativo,
utilizzava la pressione del vapore, la turbina ne sfruttava l'energia cinetica con un
rendimento conseguentemente maggiore. Le turbine sono più piccole, più leggere e più economiche delle macchine a vapore alternative di pari potenza e dal punto di vista meccanico presentano il vantaggio di produrre direttamente un moto rotatorio, senza richiedere l'uso di alberi a gomiti o altri meccanismi per la trasformazione del moto rettilineo alternativo. Come conseguenza di ciò, la turbina a vapore ha sostituito la macchina alternativa come motore primo nelle grandi centrali termoelettriche e nella propulsione navale. Inoltre, alimentate da generatori di vapore accoppiati con scambiatori di calore, le turbine a vapore sono impiegate nella produzione di energia elettrica nelle centrali nucleari e nella propulsione nucleare delle navi. Funzionamento della turbina a vapore Il funzionamento della turbina a vapore è basato sui principi della termodinamica: il vapore che si espande subisce un abbassamento di temperatura e quindi una diminuzione di energia interna. Quest'ultima si trasforma in energia meccanica, sotto forma di accelerazione delle particelle che lo compongono. Tale trasformazione rende direttamente disponibile una grande quantità di energia meccanica.
Una turbina a gas a ciclo semplice comprende una camera di
combustione nella quale vengono iniettati, separatamente ma in continuazione, aria
compressa e un combustibile gassoso, oppure liquido in forma vaporizzata. La combustione
ininterrotta della miscela aria combustibile sviluppa gas ad alta pressione, che fuoriesce
con elevata velocità dalla camera di combustione e viene diretto contro le palette della
girante per mezzo di una serie di ugelli fissi. L'albero rotante della turbina aziona sia
il compressore dell'aria sia il carico esterno, cioè la macchina utilizzatrice, che di
solito è un generatore elettrico . |
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