Che cos'è una turbina idraulica?

Una turbina idraulica è una macchina che converte l'energia proveniente dallo spostamento dell'acqua nella forza di rotazione di un albero. L'albero rotante può essere collegato a un generatore per creare elettricità. La principale distinzione di una turbina idraulica da un'altra è se si tratta di una reazione o di un tipo di impulso. Queste categorie sono ulteriormente classificate in progetti specifici tra cui Francis, Kaplan, Pelton, Turgo e turbine a flusso incrociato.

Una turbina di reazione crea una rotazione racchiudendo l'albero con la ruota collegata in un involucro per contenere la pressione dell'acqua e operando immerso nel flusso dell'acqua. Le pale angolate attorno all'albero su una turbina idraulica di reazione fanno sì che l'ascensore assuma la pressione e la forza dall'acqua e la converta in rotazione. Le turbine a reazione funzionano generalmente con livelli di prevalenza o pressione dell'acqua da bassi a moderati.

Un tipo di turbina idraulica di reazione è il design Francis. Un ingresso a forma di spirale dirige l'acqua nella ruota o nel corridore. Le palette regolabili guidano l'acqua contro il corridore nell'angolazione desiderata. La pressione e il flusso dell'acqua sono cambiati dalla reazione con il corridore, creando così una coppia.

La turbina Kaplan, o elica, è un'altra variante del tipo di reazione. Il design incorpora palette per guidare il flusso d'acqua e le pale sull'albero del rotore in modo simile all'elica di una nave. Le pale sono regolabili per massimizzare l'efficienza attraverso una gamma di livelli di pressione se c'è abbastanza flusso d'acqua, rendendo così questo design molto flessibile.

Una turbina a impulsi crea una rotazione attraverso la forza di un flusso di acqua diretta verso una serie di secchi, o tazze, che circonda l'albero. I secchi non sono immersi in acqua, ma sono mossi dal flusso d'acqua. La velocità dell'acqua viene aumentata forzandola attraverso un ugello prima che colpisca i secchi. Le turbine a impulso possono funzionare a livelli di prevalenza elevati e non richiedono il rivestimento della ruota.

La versione Pelton della turbina idraulica ad impulso, ovvero la ruota Pelton, ha una serie di benne in un anello attorno all'albero. I secchi sono divisi nel mezzo in modo che la forza dell'acqua dall'ugello non sia bloccata da un secchio per raggiungere il successivo. L'acqua curva attorno alla forma di ciascun secchio arrotondato di quasi 180 ° e la sua velocità diminuisce sostanzialmente. L'acqua rallentata cade in un canale di scarico sotto la turbina.

Un'altra turbina a impulsi è il design Turgo. Questa unità è simile alla ruota Pelton, ma i secchi sono piatti su un bordo circondato da una fascia che circonda. L'ugello dirige l'acqua contro i secchi in modo che penetri da un lato e si scarichi dall'altro. Il Turgo gestisce una velocità superiore rispetto alla configurazione Pelton usando una ruota più piccola perché l'acqua in ingresso non si mescola con lo scarico.

Le turbine a flusso incrociato funzionano con un rotore a forma di tamburo chiuso a una delle estremità e unito con stecche arrotondate che a volte sono a elica o a doppia elica. L'ugello di questa turbina idraulica dirige l'acqua attraverso il rotore in modo tale che l'acqua contatta le pale due volte prima di spendere la sua energia e cadere nello scarico. Le turbine a flusso incrociato possono funzionare con una prevalenza molto ridotta, anche con un flusso elevato.