Che cos'è una turbina di reazione?
Una turbina di reazione è un motore rotante che sfrutta l'energia dei fluidi utilizzando la terza legge del movimento di Newton, che afferma che ogni azione ha una reazione uguale e contraria. La turbina di reazione è progettata per consentire ai flussi di fluido in pressione di ruotare il rotore. Di solito, gli ugelli del fluido sono fissati al rotore e rivolti nella direzione opposta al senso di rotazione. Quando il fluido lascia l'ugello, la forza di reazione risultante fa ruotare il rotore. Il sistema sfrutta la variazione della pressione dell'acqua mentre fluisce attraverso la turbina.
La maggior parte delle turbine di reazione genera elettricità. Molti addirittura trasmettono quell'elettricità nella rete energetica. Esistono tre tipi principali di turbine di reazione: elica, cinetica e Francis.
Una turbina di reazione dell'elica è generalmente costituita da un'elica, con 3-6 pale, che si trova in un tubo. Il flusso d'acqua è controllato da cancelli pedonali posizionati a monte dell'elica. La maggior parte dei modelli di turbine a reazione ad elica presenta cancelli a pedale fisso, mentre alcuni modelli, inclusa la turbina a reazione Kaplan, presentano cancelli a pedale regolabili e pale del rotore. La turbina Kaplan viene in genere utilizzata in scenari specializzati che richiedono regolazioni di precisione delle pale per una produzione di energia efficiente.
Ulteriori tipi di turbine a reazione dell'elica includono la turbina a bulbo, che in genere è costituita da una turbina e un generatore che opera nel flusso d'acqua. La turbina straflo è simile, tranne per il fatto che il generatore è posizionato all'esterno della turbina. Una turbina a tubo presenta una connessione diretta al generatore.
La turbina di reazione Francis è stata inventata da James B. Francis nel 1848. Può essere implementata sia in orizzontale che in verticale, a seconda dell'applicazione. Tipicamente, ci sono due stadi di contatto con l'acqua nella turbina di reazione Francis. Quando l'acqua entra nella parte superiore della turbina e quando l'acqua si svuota dal fondo della turbina, l'energia viene trasferita, con conseguente movimento della turbina. Generalmente, una turbina di reazione Francis è composta da un corridore, diverse palette di guida, un tubo di scorrimento, cancelli di wicket e un tubo di tiraggio.
Le turbine a reazione cinetica utilizzano l'energia cinetica nell'acqua corrente, piuttosto che l'energia potenziale, per generare elettricità. In genere, queste turbine sono posizionate in fiumi, acque di marea o correnti oceaniche per sfruttare il flusso naturale di acqua. Non richiedono infrastrutture aggiuntive per funzionare, riducendo così il potenziale impatto sull'ambiente. La velocità del flusso d'acqua determina le specifiche della turbina cinetica. I periodi di inondazioni e siccità in genere devono essere considerati prima che una persona attui un sistema di turbine cinetiche.