TURBINA

Il tipo più semplice di turbina prevede un complesso chiamato stadio, formato da una parte fissa, detta distributore o statore, ed una parte mobile, girante o rotore. Il fluido in movimento agisce sulla palettatura della parte rotorica, mettendola in rotazione e quindi cedendo energia meccanica al rotore.

I primi esempi di turbina furono i mulini a vento e le ruote idrauliche.

Una turbomacchina che viceversa cede lavoro al flusso viene detta compressore se il fluido elaborato è un gas o pompa se il fluido elaborato è un liquido.

Quasi tutti i tipi di turbina hanno inoltre una cassa, detta anche parte statorica o voluta, attorno alla parte rotorica che ha il compito di indirizzare e controllare il flusso.

Tale parte può variare molto a seconda delle applicazioni o delle condizioni del flusso.

L’energia del fluido viene resa disponibile grazie alla rotazione dell’albero della turbina. Questa energia cinetica è calcolabile con la formula matematica {\displaystyle e={\frac {mv^{2}}{2}}}, dove m è la massa di liquido che batte sulla turbina e v la relativa velocità. Nella formula si inserisce la componente normale della velocità finale in un punto prossimo alla turbina;

la componente tangenziale non produce lavoro meccanico né energia.

Nel caso di turbine idrauliche, l’acqua subisce un incremento di velocità nel passaggio lungo la condotta, che ai fini del calcolo è un piano inclinato che separa il bacino dalla turbina.

La velocità iniziale del liquido in uscita dal bacino superiore è calcolabile con la legge di Torricelli. La velocità di fine corsa del fluido, con cui batte sulla turbina, è pari a

{\displaystyle v={\sqrt {2al}}={\sqrt {2gl\,\mathrm {sen} \theta }}}

dove l è la lunghezza della condotta forzata, e θ è l’angolo di incidenza fra la condotta forzata e la turbina.

La velocità è calcolata con la formula che serve per descrivere il moto di un oggetto lungo un piano inclinato.

L’energia cinetica del corpo può essere quindi espressa come:

{\displaystyle e={\frac {mv^{2}}{2}}={\frac {m{\sqrt {2al}}^{2}}{2}}=mal.}

Il fluido possiede un’energia potenziale che durante la caduta viene convertito in energia cinetica di rotazione, a meno di perdite nelle condotte. [non chiaro]. La stessa quantità è anche il lavoro utile del fluido: il fluido si muove lungo la condotta con una forza pari a mgsenθ, spostandosi di l metri.

Il lavoro utile è massimo per θ = 90°, vale a dire se il fluido potesse cadere verticalmente.

Per riportare il fluido alla cima del piano inclinato e ripetere la caduta, è necessario vincere la forza peso del fluido con una forza di mg per un’altezza pari a H.

Se confrontiamo il lavoro di “risalita” con quello di caduta del fluido risulta che:

Visualizzazione del risultato