Le turbine – cenni generali

Che cos’è una turbina?

Una turbina è una macchina che converte l’energia cinetica e/o potenziale di un fluido, ad esempio acqua o vapore acqueo, e la trasforma in energia meccanica.

Una turbina è costituita di un complesso detto generalmente stadio, formato da una parte fissa detto distributore e una parte mobile detta girante o rotore. Il fluido in movimento entra nella turbina, viene regolato mediante il distributore e agisce sulle pale del rotore mettendolo in movimento. Nel caso della produzione elettrica il movimento rotatorio del rotore viene quindi trasferito mediante un’albero ad un alternatore che produce quindi energia elettrica. In altri casi l’energia meccanica può essere utilizzata direttamente come ad esempio in un classico mulino ad acqua che fa funzionare una macina, oppure nel caso delle vecchie filande per far funzionare le macchine tessili.

Tipologie di turbine

Esistono due tipologie di turbine idrauliche, ad azione e reazione.

Turbine ad azione

Nelle turbine ad azione l’energia cinetica del fluido viene incrementata esclusivamente nel distributore e poi il fluido viene utilizzato per far muovere la girante. La turbina Pelton è tipo di turbina ad azione attualmente più utilizzato.In pratica l’acqua viene incanalata in una condotta forzata, al termine della condotta è presente un’ugello regolabile. L’ugello è un restringimento della condotta, grazie al quale la velocità dell’acqua aumenta.

Turbine a reazione

Nelle turbine a reazione l’energia cinetica del fluido viene incrementata anche o esclusivamente nel rotore. Le turbine Francis e Kaplan sono di questo tipo.

Tipi di turbine usate negli impianti idroelettrici

Pelton

La turbina di tipo Pelton è la più semplice nel funzionamento. Per essere chiari il suo principio di funzionamento rispecchia quello della classica ruota a pale dei vecchi mulini, solo che qui è rivisto e corretto per aumentarne l’efficenza. In pratica l’acqua viene convogliata nella condotta forzata la quale ha alla fine un’ugello, ossia una strozzatura che fa aumentare la velocità dell’acqua indirizzandone i filetti fluidi. Dall’ugello esce un getto d’acqua che va a colpire le pale della girante.


Sezione trasversale di una turbina Pelton.: La struttura sulla sinistra dell’immagine è l’introduttore,
L’Elettrotecnica n. 22, 5 agosto 1925

L’ugello è costruito in modo tale da avere al suo interno una spina di regolazione, che consente di variare la portata dell’ugello. L’assieme ugello/spina si chiama introduttore.


Girante Pelton: Girante Pelton dell’impianto di venaus tratto da L’Elettrotecnica n. 31, 5 novembre 1924

Per aumentare l’efficenza del getto è necessario che l’ugello si trovi il più vicino possibile alla girante in modo tale da minimizzare la perdita di pressione. Per far questo i cucchiai vengono sagomati in modo opportuno con una scanalatura al centro per consentire che il getto colpisca una pala alla volta e per far si che tutta l’energia del getto non vada sprecata ma venga ceduta alla superficie del cucchiaio durante il suo movimento. (vedi foto sottostanti). Questo tipo di turbina è utilizzato per grandi dislivelli e piccole portate in modo tale da ottenere velocità molto elevate.


Cucchiai di una girante Pelton: Cucchiai di una girante Pelton tratti da L’Elettrotecnica n. 8, 15 marzo 1924

Francis

Turbina detta centripeta in quanto il flusso dell’acqua va dall’esterno verso l’interno.


Turbina Francis: Turbina Francis sezionata ed esposta fuori dalla centrale di Caneva (PN)

Questa turbina è utilizzata per dislivelli medi, ma veniva usata anche per dislivelli bassi, dell’ordine di qualche metro, prima dell’invenzione della turbina Kaplan.


Dettaglio girante-palette Francis: Dettaglio della girante e delle palette di regolazione nella turbina Francis esposta Fuori dalla centrale di Caneva.

Kaplan

Il principio di funzionamento di una turbina di tipo Kaplan è quello dell’elica di una nave. In pratica la girante della turbina è immersa nel flusso d’acqua che fa girare le pale dell’elica.


Schema di una macchina Kaplan: Schema della macchina Kaplan della centrale di Barcis (PN)

La Kaplan, grazie alla possibilità di regolare l’angolo di incidenza della pale, ha il pregio di funzionare con rendimento ottimo anche con grosse variazioni della portata.

Questa turbina viene utilizzata per bassi dislivelli con grandi portate.

Altri tipi di turbine

Vedremo qui una rapida carrellata di alcune tipologie di turbine meno usuali o comunque utilizzate in passato.

Turbine Jonval

Inventata da Feu Jonval nel 1843.

Vedi sulla wikipedia.

Turbine Girard

Turbina sviluppata da Louis Dominique Girard (1815- Parigi 1871) nel 1856 migliorando notevolmente la turbina Jonval

Vedi sulla wikipedia

Turbine Turgo

Turbina ad azione sviluppata nel 1919 da Gilkes come una Pelton modificata. La sua struttura unisce alcuni vantaggi delle Francis e delle Pelton e grazie alla sua struttura semplificata risulta più economica.

Turbine Banki-Michelle o Ossberger

Il primo brevetto di questa turbina è ad opera dell’australiano Antony Michell del 1903. Nel 1922 Ossberger ottenne un brevetto per una turbina analoga e fondò l’azienda omonima che è tutt’ora il maggiore produttore.

Vedi sulla wikipedia

Ossberger

Turbine a bulbo

La turbina a bulbo è un tipo di turbina appartenente alla famiglia delle Kaplan, molto semplice in quanto è inserita direttamente nella condotta e non necessita di distributore. Viene impiegata su dislivelli ridotti (qualche metro). La sua particolarità è che solitamente il bulbo contiene pure l’alternatore per la produzione di energia elettrica, inoltre può funzionare con un flusso in entrambi i sensi, come sono utilizzate sulle centrali maremotrici.

Tratto da Wikipedia

Turbine a coclea

La turbina a coclea sfrutta in modo inverso la vite di archimede solitamente utilizzata per sollevare liquidi.

Vedi sulla wikipedia)

Turbina Ghatta e MPPU

La turbina Ghatta è una turbina ad asse verticale solitamente usata per azionare direttamente macchine utensili o mulini. L’efficenza è molto bassa

http://www.energoclub.it/doceboCms/...