Turbina adiabatica: cosa, come, diversi tipi, esempi

Questo articolo discute della turbina adiabatica. Il termine adiabatico è spesso usato nel campo della termodinamica. Si riferisce a un sistema o confine che non consente il trasferimento di calore.

Una turbina è un dispositivo essenziale utilizzato nelle centrali elettriche che aiuta nella generazione di elettricità. Contiene elementi che ruotano. Questa rotazione viene trasferita al generatore che genera l'elettricità. Studieremo di più sulle turbine adiabatiche in questo articolo.

Cos'è un sistema adiabatico?

Il sistema da cui è limitato il trasferimento di calore è chiamato sistema adiabatico. Cioè il calore non può essere trasferito all'ambiente circostante e il calore non può entrare nel sistema dall'ambiente circostante.

Il trasferimento di calore netto è zero. Ciò è dovuto al fatto che le pareti del sistema sono adiabatiche. Non è consentito trasferire calore dal sistema. L'intero contenuto di calore rimane solo all'interno del sistema che diventa il Energia interna del sistema.

Cos'è una turbina?

Un dispositivo meccanico che viene utilizzato per convertire l'energia idraulica in energia meccanica è chiamato turbina. L'energia idraulica si presenta sotto forma di acqua/vapore in movimento che colpisce le eliche della turbina.

Il movimento del fluido che è l'energia cinetica del fluido viene trasferito alle eliche della turbina. Per questo motivo l'albero della turbina inizia a ruotare. In questo modo avviene la conversione dell'energia da idraulica a meccanica. Ulteriori sezioni ci diranno di più sulla turbina in dettaglio. 

Funzionamento della turbina

Dopo aver discusso nella sezione precedente, ora sappiamo che la turbina converte l'energia cinetica di fluido a meccanico energia.

Nelle centrali elettriche, il vapore viene utilizzato come fluido di lavoro e nelle dighe l'acqua come fluido di lavoro. Il fluido di lavoro qui si riferisce al fluido responsabile della rotazione dell'albero. L'albero ruota dopo che il fluido di lavoro colpisce la superficie dell'elica. L'albero rotante è collegato al generatore che genera elettricità.

Cos'è la turbina adiabatica?

Ora conosciamo i significati sia del sistema adiabatico che della turbina. Vediamo cos'è una turbina adiabatica.

Una turbina adiabatica è una turbina le cui pareti sono adiabatiche. Questi muri non lo consentono trasferimento di calore attraverso loro. In questo modo nessuna quantità di calore può fuoriuscire dalla turbina. Quindi, il trasferimento netto dalla turbina è zero. Nessun calore viene aggiunto alla turbina e nessun calore fuoriesce dalla turbina quando la turbina è adiabatica.

Turbina adiabatica funzionante

Sappiamo cos'è una turbina adiabatica. Possiamo vedere che non c'è alcuna differenza fisica tra una normale turbina e un turbina adiabatica, l'unica differenza tra loro è che la turbina adiabatica non consente il trasferimento di calore prendere posto.

Allo stesso modo, anche il funzionamento di una turbina adiabatica è uguale a quello di una normale turbina. Nella quasi totalità dei casi le pareti della turbina sono mantenute adiabatiche. Quindi il funzionamento di una turbina adiabatica è uguale a quello di una normale turbina di cui abbiamo discusso nelle sezioni precedenti.

Turbina adiabatica a gas

Poiché abbiamo studiato le dighe utilizzate dalle turbine, utilizzano l'acqua come fluido di lavoro che ruota l'albero dell'elica nelle turbine.

Quando il fluido di lavoro utilizzato è un gas, la turbina viene chiamata turbina a gas. Le turbine a gas sono utilizzate principalmente nelle centrali elettriche degli aeroplani e nelle centrali termiche utilizzate per la generazione di elettricità. I materiali utilizzati in entrambe le turbine sono diversi perché diverso è il tipo di fluido di lavoro utilizzato.

Turbina a vapore adiabatica

Adiabatico turbina a vapore è una turbina in cui il vapore viene utilizzato come fluido di lavoro. Il vapore, come tutti sappiamo, è la forma gassosa dell'acqua.

Il vapore contiene un'elevata energia cinetica che viene trasferita all'elica della turbina. Il rotore della turbina inizia a muoversi quando il vapore ad alta energia colpisce la superficie dell'elica. Pressione cadere avverrà all'interno della turbina, mentre il vapore in ingresso è ad alta pressione. Questa pressione diminuisce e il vapore diventa vapore a bassa pressione dopo essere passato attraverso la turbina. 

Turbina adiabatica reversibile

Il termine reversibile si riferisce ad una turbina in cui tutti i processi sono ideali. Le perdite per attrito o dispersioni di energia non sono presenti nei processi reversibili.

Quando si parla di turbina adiabatica reversibile, significa che il processo di espansione che avviene all'interno della turbina è quasi ideale. Di solito una turbina a più stadi è considerata una turbina reversibile. Quando le pareti sono adiabatiche, questa turbina diventa turbina adiabatica reversibile.

Equazione della turbina adiabatica

L'equazione utilizzata nella turbina adiabatica è data sotto-

Il lavoro svolto dalla turbina è dato da-

Peso= h2-h1

Dove,

h2 è l'entalpia al punto 2

h1 è l'entalpia al punto 1

Efficienza della turbina adiabatica

I efficienza è definito come l'output ottenuto da un sistema o dispositivo dopo aver immesso un input.

L'efficienza dell'adiabatico turbina è dato come-

Efficienza= Uscita/Ingresso = Peso/Qa

Dove,

Wt è il lavoro svolto dalla turbina

Qa è la quantità di calore aggiunta nel sistema

Una turbina è reversibile?

Abbiamo già discusso nella sezione precedente che una turbina è considerata reversibile quando il processo di espansione nella turbina è ideale.

In realtà nessun dispositivo può essere considerato ideale, ma una turbina può essere resa quasi ideale aumentando il numero di stadi del processo di espansione. Questo tipo di turbina è chiamata turbina multistadio. Il processo di utilizzo di più turbine è chiamato riscaldamento.

Una turbina a vapore è adiabatica?

Quando il trasferimento di calore è completamente limitato, si può dire che una turbina a vapore è adiabatica.

Il vapore cambia la sua fase in liquido dopo essere passato attraverso il condensatore. In una turbina avviene solo la caduta di pressione nel vapore. Il vapore in entrata ad alta pressione viene convertito in vapore a bassa energia all'uscita.

Crediti immagine: Siemens Pressebild, Montaggio di turbina damper01, CC BY-SA 3.0

Perché le turbine sono adiabatiche?

Le turbine sono adiabatiche poiché l'intera energia viene utilizzata per azionare l'albero della turbina.

Nessuna energia viene persa sotto forma di calore o nessuna energia entra nella turbina sotto forma di calore. L'unica energia che partecipa al processo di trasferimento di energia è l'energia cinetica del fluido e l'energia cinetica del rotore della turbina.

Entropia turbina adiabatica

Prima di parlare dell'entropia della turbina adiabatica, conosceremo il significato di entropia. La definizione ampiamente accettata di Entropy dice che è una misura della casualità nel sistema.

Nelle turbine attuali il valore di entropia aumenta. Mentre per reversibile processo adiabaticoes il valore di entropia generata è zero. Questo perché l'entropia è una funzione di stato e per un processo reversibile i punti finali sono gli stessi e poiché il processo è adiabatico, a causa dell'assenza di trasferimento di calore la variazione di entropia è zero.