Una turbina è una macchina motrice idonea a raccogliere l'energia cinetica di un fluido e a trasformarla in energia meccanica.
Teoria e caratteristiche operative [modifica]
La tipologia più semplice di turbina vede una parte fissa (distributore o statorica) e una parte mobile (girante o rotorica). Il fluido in movimento agisce sulla palettatura della parte rotorica, mettendola in rotazione e quindi cedendo energia al rotore.
I primi esempi di turbina furono i mulini a vento o ad acqua.
Una turbina che lavora in senso inverso viene detta compressore o pompa, a seconda del fluido elaborato (gas per il compressore, liquidi per la pompa).
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.
Tale energia cinetica è calcolabile con la formula 
, 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 (orizzontale) non produce lavoro meccanico né energia. 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 potenza massima ottenibile con una turbina è calcolabile con:
, dove:
- P: potenza (W)
- ρ: densità del fluido (kg/m3)
- V: portata volumetrica (m3/s)
- g: accelerazione di gravità (m/s2)
- H: prevalenza, dislivello fra il bacino superiore e la turbina (metri)
Il lavoro di una turbina è una complicazione del lavoro euleriano di una macchina rotante.
Il lavoro euleriano è il principio di funzionamento di una macchina rotante, e deve essere calcolato tenendo conto che quando l'osservatore e l'oggetto misurato si muovono a velocità diverse, è necessario comporre le forze in gioco con il triangolo delle forze.
L'osservatore, al solito, è fermo rispetto al rotore ed è un sistema di riferimento solidale con la pala (esempio tipico: ossservatore seduto sulla pala).
Oltre alla velocità v assoluta, che è la velocità del fluido che colpisce sulla pala, l'osservatore vedrà anche una velocità periferica o di trascinamento 
, con direzione perpendicolare ad r e proporzionale alla velocità sngolare ω ([giri / minuto]).
L'osservatore in altre parole non vede la velocità assoluta v, ma la composizione w = u + v e nel moto relativo il lavoro è nullo. Fissando l'origine del sistema di riferimento (l'osservatore) sulla pala, i due organi si muovono assieme in modo solidale (alla stessa velocità) e fra i due non c'è spostamento, e quindi il lavoro è nullo.
La turbina è un sistema aperto che scambia massa ed energia con l'esterno.
Scrivendo la conservazione dell'energia per i sistemi aperti nel moto relativo (rispetto all'osservatore), il lavoro è nullo e non è visibile la velocità assoluta v:
Scrivendo l'equazione della conservazione dell'energia per i sitemi aperti in un riferimento assoluto si ha:
Sottraendo membro a membro si ottiene l'espressione del lavoro euleriano di una macchina rotante:
.
Tipi di turbine [modifica]
Principali utilizzi [modifica]
L'utilizzo più frequente di una turbina è legato alla produzione di energia in una centrale elettrica.
Costituisce il componente principale dei motori a getto utilizzati sugli aerei moderni.
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