Una turbina è costituita da uno stadio, formato da una parte fissa, il distributore, e una parte mobile, detta girante o rotore. Il fluido in movimento entra nella turbina e viene regolato mediante il distributore, agendo poi sulle pale del rotore, mettendolo in movimento. Nel caso della produzione elettrica, il movimento rotatorio del rotore viene trasferito, tramite un albero, a un alternatore che produce energia elettrica.
Tipologie di Turbine Idrauliche
Le turbine idrauliche si dividono in tre grandi tipologie, che variano a seconda della quantità d’acqua (portata) e del dislivello o ‘salto idraulico’ disponibili.
Turbine ad Azione
Nelle turbine ad azione, l’energia cinetica del fluido viene incrementata esclusivamente nel distributore. Successivamente, il fluido viene utilizzato per far muovere la girante.
Turbina Pelton
La turbina Pelton è un tipo di turbina ad azione attualmente molto utilizzato. In presenza di grandi salti, superiori ai 100/150 m e con portate contenute, normalmente inferiori ai 10 m³/s, si utilizza la turbina Pelton. La turbina di tipo Pelton è la più semplice nel funzionamento. Il principio di funzionamento di questa turbina rispecchia quello della classica ruota a pale dei vecchi mulini, rivisto e corretto per aumentarne l'efficienza.
In pratica, l’acqua viene convogliata nella condotta forzata, la quale termina con un ugello, ossia una strozzatura che fa aumentare la velocità dell’acqua indirizzandone i filetti fluidi. L’ugello è costruito in modo tale da avere al suo interno una spina di regolazione, che consente di variare la portata dell’ugello. Per aumentare l’efficienza del getto, è necessario che l’ugello si trovi il più vicino possibile alla girante, minimizzando la perdita di pressione. I cucchiai vengono sagomati con una scanalatura al centro per consentire che il getto colpisca una pala alla volta e per far sì che tutta l’energia del getto venga ceduta alla superficie del cucchiaio durante il suo movimento.
Turbine a Reazione
Nelle turbine a reazione, l’energia cinetica del fluido viene incrementata anche o esclusivamente nel rotore. Questo avviene in due passaggi: prima attraverso un distributore e poi attraverso una girante.
Turbina Francis
In presenza di un salto medio, compreso tra i 20 m ed i 100/150 m circa e di una portata d’acqua media, generalmente viene utilizzata la turbina Francis. Questo tipo di macchina ha una sola regolazione: le pale del distributore si muovono per gestire al meglio il flusso di acqua e lo indirizzano alla girante, che è costituita da profili idraulici fissi.
Turbina Kaplan
Il principio di funzionamento di una turbina di tipo Kaplan è quello dell’elica di una nave.
Turbina a Bulbo
La turbina a bulbo è un tipo di turbina appartenente alla famiglia delle Kaplan. È molto semplice in quanto è inserita direttamente nella condotta e non necessita di distributore. Viene impiegata su dislivelli ridotti (qualche metro).
Turbina Ghatta
La turbina Ghatta è una turbina ad asse verticale solitamente usata per azionare direttamente macchine utensili o mulini.
Turbina Michell-Banki (Cross-Flow)
Turbina ad azione sviluppata nel 1919 da Gilkes come una Pelton modificata. Il primo brevetto di questa turbina è ad opera dell’australiano Antony Michell del 1903.
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