Le turbine

Nelle centrali idroelettriche, per sfruttare l’energia del salto d’acqua si usano le turbine

Nelle centrali idroelettriche, per sfruttare l’energia del salto d’acqua si usano le turbine, che non sono altro che ruote più o meno modificate.
Due sono gli elementi fondamentali che costituiscono una turbina: il distributore, un organo fisso che regola la portata e la direzione dell’acqua, e la girante, organo mobile che riceve il getto d’acqua dal distributore e lo trasforma in energia meccanica; la girante può essere formata da un’elica o da una ruota con pale o alette. In base alla portata e al salto d’acqua dell’impianto, si sceglie la turbina più adatta.
La ruota Pelton, ad esempio, è tuttora abbastanza simile alle antiche ruote a tazze del tipo detto «a caduta».

Il getto d’acqua le mette in movimento colpendone consecutivamente le tazze esterne, che comunicano tra loro in modo da evitare spruzzi, che diminuirebbero l’energia utile del getto.
Questo tipo di turbina, detta «ad azione» proprio perché azionata direttamente dall’acqua, è adatta solo a situazioni in cui si abbia una corrente molto rapida o un salto molto alto (dai 20 ai 200 m), tuttavia il suo adattamento a portate anche limitate e l’ottimo rendimento elettrico (attorno al 90%) la rendono una delle più utilizzate nei mini-impianti idroelettrici.
Nelle situazioni intermedie si usano invece turbine a reazione, munite di palette sommerse che vengono messe in rotazione dalla pressione dell’acqua; la loro inclinazione e la loro forma sono studiate in modo da trasformare l’energia di pressione dell’acqua in energia di movimento.
Tra le turbine a reazione ricordiamo la turbina Kaplan, sagomata come un’elica di nave così da sfruttare in pieno la pressione dell’acqua; la sua forma le consente non solo di adattarsi ai diversi valori di portata di un corso d’acqua, ma anche di funzionare, se è collegata a un motore, come un’efficiente pompa.

Altro modello di turbina a reazione è la turbina Francis caratterizzata da un condotto a forma di chiocciola che contiene il distributore e la girante. Viene utilizzata per i corsi d’acqua che presentano dislivelli dai 10 ai 400 m. Tutte le turbine delle centrali idroelettriche sono accoppiate direttamente agli alternatori per la produzione di elettricità. La differenza sostanziale rispetto agli alternatori usati nelle centrali termoelettriche, dotate di turbine a vapore, consiste soprattutto nel fatto che le turbine ad acqua ruotano più lentamente e, per produrre elettricità in maniera efficiente, devono avere un numero di giri (da 100 a 300 al minuto) esattamente calibrato rispetto al tipo di alternatore che si utilizza.