Turbina

L'origine etimologica della parola turbina si trova in latino, in particolare, deriva dalla parola latina "turbo", che può essere tradotta come "vortice".

Si deve anche notare che la prima volta che la parola fu usata fu all'inizio del XIX secolo. È stato creato dallo scienziato francese Benoit Fourneyron nel 1827 per definire la turbina pratica a cui ha dato forma. Questa fu una delle tante invenzioni che Fourneyron, considerato il padre della turbina idraulica, intraprese durante la sua vita.

Una turbina è una macchina composta da una ruota con diverse pale. Ricevendo continuamente un liquido al suo centro, la turbina lo espelle verso la sua circonferenza e sfrutta la sua energia per generare forza motrice.

Quello che fa una turbina, quindi, è di sfruttare la pressione di un liquido per far girare una ruota con eliche e produrre movimento. Si può quindi dire che la turbina è un motore che produce potenza meccanica.

Le eliche o pale della ruota si trovano intorno alla sua circonferenza. Il fluido che entra nella turbina, quindi, genera la forza di tipo tangenziale che dà il movimento alla ruota, facendola ruotare. Un albero trasferisce infine questa energia meccanica a un'altra macchina o dispositivo.

È possibile distinguere una grande varietà di turbine in base al loro funzionamento. Una turbina eolica, per esempio, è quella che sfrutta l'energia cinetica presente nel vento per produrre energia meccanica. Le turbine eoliche erano comuni nei mulini a vento.

La turbina idraulica, d'altra parte, funziona con l'energia che è presente in un fluido. Grazie all'albero collegato alla ruota, questo tipo di turbina può fornire l'energia necessaria per azionare una macchina o per produrre energia elettrica attraverso un generatore. Le centrali idroelettriche, infatti, utilizzano turbine di questo tipo.

Non possiamo trascurare l'esistenza della cosiddetta turbina Kaplan. Si tratta di un tipo di turbina ad acqua che basa il suo funzionamento su una girante che svolge la stessa funzione e in modo simile all'elica di una barca. Prende il nome dal suo inventore, l'ingegnere austriaco Víktor Kaplan (1876 - 1934), che brevettò il dispositivo e anche se, all'inizio, si riteneva che non potesse essere fabbricato o avere il risultato previsto, alla fine trionfò. Così, cominciò ad essere usata sia nelle fabbriche tessili che nelle centrali elettriche.

D'altra parte, troviamo anche la cosiddetta turbina Francis, che è una turbina a reazione e a flusso misto. È stato creato da James B. Francis, è di tipo idraulico ed è attualmente utilizzato più frequentemente nelle centrali idroelettriche, dato che è altamente efficiente.

Nella suddetta classificazione troviamo le seguenti turbine:

* turbine ad azione: il fluido non cambia pressione in nessun momento durante il suo passaggio attraverso il canale, ma si riduce dal valore che ha all'entrata della turbina fino a raggiungere la pressione atmosferica alla corona di guida. Si distingue principalmente per il fatto che non ha un tubo di aspirazione. Uno dei tipi più efficienti è la turbina Pelton, che ha un flusso tangenziale e un basso numero di giri, generalmente inferiore o uguale a 30;

* turbina a reazione: la pressione del suo fluido cambia considerevolmente mentre passa attraverso il canale, poiché quando entra nel canale il suo valore è superiore alla pressione atmosferica e quando esce mostra una significativa depressione. Una delle sue caratteristiche principali è che ha un tubo di aspirazione che collega la zona di scarico del fluido con l'uscita della girante. A seconda della configurazione delle sue pale (ognuna delle sue pale curve verso cui è diretto l'impulso del fluido), si può parlare di una turbina a pale fisse e di una a pale regolabili (entrambe possono avere flusso diagonale o flusso assiale).

D'altra parte, c'è la turbina termica, che si caratterizza per il significativo cambiamento di densità che il suo fluido di lavoro subisce mentre passa attraverso la macchina. A colpo d'occhio, è possibile distinguere due gruppi, date le caratteristiche principali della loro progettazione:

* la turbina a gas, che utilizza un gas come fluido per ottenere l'energia necessaria al suo funzionamento, e che non presenta un cambiamento di fase del fluido mentre passa attraverso il canale;

* la turbina a vapore, in cui il fluido di lavoro può subire un cambiamento di fase mentre passa attraverso il canale. Due dei tipi più comuni sono le turbine a vapore e le turbine a mercurio.

Altri sottogruppi che possono essere riconosciuti all'interno delle turbine termiche sono:

* turbina ad azione: il trasferimento di energia avviene solo quando la velocità del fluido cambia e il salto entalpico (della grandezza termodinamica equivalente a sommare la sua energia interna al prodotto del volume per la pressione esterna) avviene solo nello statore (la parte fissa entro cui ruota il rotore);

* turbina a reazione: il salto entalpico avviene sia nello statore che nel canale, o solo nel rotore.