Turbina radiale, una tecnologia innovativa fin dal 2012
Parlare di turbina radiale oggi significa voler ricordare ancora con emozione e soddisfazione quello che è avvenuto nel 2012 quando l’azienda Exergy ha messo in funzione la prima turbina radiale centrifuga (outflow) al mondo, operante in un ciclo Rankine a fluido organico indicato anche in seguito con la sigla ORC.
Perché è importante questo momento? Che benefici porta l’introduzione di questo dispositivo? Andiamo subito a scoprirlo.
I vantaggi della Turbina radiale
Installato a Verbania, questo impianto con turbina radiale è da 1000 kWe e dobbiamo tutto all’azienda Exergy che lo ha progettato e costruito. Funziona sfruttando una fonte termina che simula le condizioni di recupero di calore delle macchine ORC. Perché è particolarmente importante e abbiamo reputato di parlarne qui nonostante si tratti di un tema piuttosto tecnico?
Perché la tecnologia su cui si basa questa turbina radiale è quella OCR, (ciclo Rankine a fluido organico) pensata apposta per fare in modo che sia in grado di sfruttare fonti di calore a bassa temperatura. In questo modo possiamo davvero dirci che è possibile recuperare calore da diverse fonti evitando dispersioni come ad esempio dallo scarico di motori, turbine o forni industriali, gas flare, sorgenti geotermiche a bassa entalpia, sistemi CSP a concentrazione solare.
Prima di realizzare il tutto sono state fatte tante ipotesi teoriche poi verificate sperimentalmente ottenendo misure durante l’esercizio che hanno registrato bassi livelli di vibrazioni e rumorosità e una ottima propensione a cambiare il mondo delle turbine.
Turbina radiale: origini
Con non poca curiosità possiamo fare qualche passo indietro per scoprire quando è nata l’idea di far funzionare la turbina in questo modo. Sì, perché è vero che è la prima volta che una turbina radiale centrifuga (outflow) viene proposta per queste applicazioni sopra citate, essendo normalmente realizzate con tecnologia convenzionale (assiale e radiale centripeta) ma è vero anche che la sua logica di funzionamento risale alla fine del XIV secolo.
Ai tempi si utilizzavano cicli a vapor d’acqua, oggi il suo impiego è anche con i vapori organici. Non una delle tante soluzioni presenti sul mercato ma è una delle più convenienti o per lo meno lo è stata al momento della sua “inaugurazione” perché può mostrare di avere elevati rendimenti di conversione soprattutto nella versione multistadio su singolo disco, grazie alle sue caratteristiche fluidodinamiche.
Il futuro della turbina radiale
Guardando verso il futuro a quei tempi l’azienda aveva subito affermato di avere grandi progetti per questa sua nuova produzione, tutti basati su questa tecnologie innovativa. E mostra una particolare sensibilità al tema dell’ambiente sottolineando che c’è un forte potenziale per competere nel mercato ORC in particolare per applicazioni di produzione energia da recupero calore e da fonti rinnovabili. Quindi una bella occasione per efficientare il reparto ulteriormente.
Le sorgenti di calore a media e bassa temperatura come i fumi di combustione in raffreddamento o le risorse geotermiche sono proprio quelle sfruttate dal ciclo Rankine su cui la turbina radiale si basa. Per come è progettata si tratta di un ciclo chiuso, ciò significa che il fluido organico contenuto nell’impianto scambia calore con l’esterno ma senza mai assolutamente fuoriuscire dal ciclo stesso inteso come l’insieme di tutti i componenti.
Può sembrare una caratteristica banale o scontata, ed invece è proprio grazie a questo aspetto che la nuova turbina non è destinata solo a impianti dedicati con combustione (es. centrali a biomassa), solari termodinamici o geotermici, ma può servire sempre più spesso, soprattutto a anche a valle di vari processi industriali con calore di scarto ad alta temperatura (vetrerie, cementifici, acciaierie…).
Classificazione delle turbine
Per completezza di informazione ricordiamo che le turbine possono essere di diversi tipi e possono essere classificate sulla base di diversi criteri.
Quando si considera una turbina sulla base della geometria del flusso che le attraversa possiamo distinguere le seguenti tre tipologie:
- Turbina radiale, quando il flusso scorre dall’interno all’esterno (o viceversa) rispetto all’asse di rotazione della turbina.
- Turbina assiale, quando il flusso scorre lungo l’asse di rotazione della turbina.
- Turbina mista, quando il flusso scorre in modo intermedio rispetto l’asse e la direzione radiale all’asse della turbina.
Altre classificazioni possono essere fatte sulla base della natura del fluido che le attraversa (turbine a fluido incompressibile, ovvero turbine idrauliche e turbine a fluido compressibile, distinte a loro volta in turbine a vapore e turbine a gas) o sulla modalità di conversione dell’energia (turbine a corrente libera e turbine a corrente forzata).
Turbina Pelton in uno stabilimento tedesco – Fonte: Wikipedia
Per quanto concerne la potenza le turbine sono classificate in turbine a grande potenza, media potenza e piccola potenza.
Altra classificazioni sono effettuate sulla base di criteri costruttivi, come ad esempio:
- numero di stadi (distinguendo le turbine monostadio da quelle pluristadio.
- numero di linee di assi o alberi, distinguendo tra turbine a un’unica linea d’asse (tandem-compound) e o a doppia linea d’asse (cross-compound).
- numero di corpi (distinguendo tra turbine monocilindriche e pluricilindriche)
- numero di flussi in bassa pressione.
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Pubblicato da Marta Abbà il 27 Febbraio 2021
