Turbina

Turbina, uno dei vari dispositivi che convertono l’energia in un flusso di fluido in energia meccanica. La conversione è generalmente realizzata facendo passare il fluido attraverso un sistema di passaggi stazionari o palette che si alternano con passaggi costituiti da pale simili ad alette attaccate ad un rotore. Disponendo il flusso in modo che una forza tangenziale, o coppia, sia esercitata sulle pale del rotore, il rotore gira, e il lavoro viene estratto.

Le turbine possono essere classificate in quattro tipi generali secondo i fluidi usati: acqua, vapore, gas e vento. Anche se gli stessi principi si applicano a tutte le turbine, i loro disegni specifici differiscono sufficientemente da meritare descrizioni separate.

Una turbina ad acqua utilizza l’energia potenziale risultante dalla differenza di elevazione tra un serbatoio d’acqua a monte e il livello dell’acqua all’uscita della turbina (il tailrace) per convertire questa cosiddetta testa in lavoro. Le turbine ad acqua sono i moderni successori delle semplici ruote idrauliche, che risalgono a circa 2.000 anni fa. Oggi l’uso principale delle turbine ad acqua è per la produzione di energia elettrica.

La maggior quantità di energia elettrica proviene, tuttavia, da turbine a vapore accoppiate a generatori elettrici. Le turbine sono azionate da vapore prodotto in un generatore a combustibile fossile o nucleare. L’energia che può essere estratta dal vapore è convenientemente espressa in termini di variazione di entalpia attraverso la turbina. L’entalpia riflette entrambe le forme di energia termica e meccanica in un processo di flusso ed è data dalla somma dell’energia termica interna e dal prodotto della pressione per il volume. La variazione di entalpia disponibile attraverso una turbina a vapore aumenta con la temperatura e la pressione del generatore di vapore e con la riduzione della pressione di uscita dalla turbina.

Per le turbine a gas, l’energia estratta dal fluido può anche essere espressa in termini di variazione di entalpia, che per un gas è quasi proporzionale alla caduta di temperatura attraverso la turbina. Nelle turbine a gas il fluido di lavoro è l’aria mescolata con i prodotti gassosi della combustione. La maggior parte dei motori a turbina a gas includono almeno un compressore, una camera di combustione e una turbina. Questi sono di solito montati come un’unità integrale e funzionano come un motore principale completo su un cosiddetto ciclo aperto, dove l’aria viene aspirata dall’atmosfera e i prodotti della combustione vengono infine scaricati di nuovo nell’atmosfera. Poiché il successo del funzionamento dipende dall’integrazione di tutti i componenti, è importante considerare l’intero dispositivo, che è in realtà un motore a combustione interna, piuttosto che la sola turbina. Per questo motivo, le turbine a gas sono trattate nell’articolo motore a combustione interna.