Turbomacchina
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Le turbomacchine sono macchine (cioè convertitori di energia) in cui lo scambio di energia con il fluido avviene grazie alla rotazione di una ruota (detta rotore o girante) calettata su un albero, munita alla periferia di pale ed alloggiata in una cassa (detta statore) che puo essere anch'essa munita di pale. Lo scambio di energia tra fluido e macchina avviene in un organo rotante, tuttavia il processo si può considerare stazionario.
Un ruolo importante è svolto dall'efficienza con cui viene effettuato lo scambio energetico nelle turbomacchine. Lo scopo dello studio delle turbomacchine è quello di realizzare sistemi in cui lo scambio energetico sia il più efficiente possibile, e, soprattutto per le applicazioni aerospaziali, quello di studiare configurazioni che permettano elevati scambi energetici con dimensioni, peso e ingombro contenuti.
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[modifica] Classificazione
Le turbomacchine vengono classificate in diversi modi. Principalmente in base a:
- Tipo di scambio energetico:
- turbomacchine operatrici: (lavoro L > 0) La macchina cede energia al fluido (pompe, ventilatori, compressori)
- turbomacchine motrici: (L < 0) Il fluido cede energia alla macchina (turbine idrauliche, a gas, a vapore)
- Direzione principale del flusso (geometria della girante):
- turbomacchine assiali: flusso diretto principalmente come l'asse di rotazione della girante
- turbomacchine radiali: flusso diretto principalmente in direzione radiale (centripete o centrifughe)
- turbomacchine miste
- Modalità di scambio energetico:
- turbomacchine ad azione: il salto di pressione viene elaborato tutto nello statore (nel rotore varia l'energia cinetica del fluido)
- turbomacchine a reazione: il salto di pressione viene elaborato in parte nello statore e in parte nel rotore.
[modifica] Stadio di una Turbomacchina
Le turbomacchine scambiano energia con il fluido attraverso uno o più stadi. Per stadio si intende l'insieme di una ruota palettata e di uno statore. Nelle macchine pluristadio più rotori sono calettati sullo stesso albero. Ciò puo essere utile o necessario per ottenere elevati rapporti di pressione. Lo stadio e quindi il componente fondamentale della turbomacchina costituito da:
- Rotore: organo rotante in cui avviene lo scambio di energia (dalla macchina al fluido o viceversa).
- Statore: organo fisso in cui avviene una trasformazione di energia (da cinetica a termica o viceversa).
[modifica] Grado di reazione
Il grado di reazione di una turbomacchina è un parametro adimensionale che valuta l'effetto di reazione, e cioè la variazione di pressione che si ha attraverso il rotore della turbomacchina. Più in generale si può definire il grado di reazione di una turbomacchina come il rapporto tra la variazione di entalpia statica nel rotore e la variazione di entalpia totale nello stadio:
R = 0
- macchina ad azione (o impulso), nel rotore non vi è variazione di pressione statica.
0 < R < 1
- macchina a reazione, la variazione di pressione statica avviene sia nel rotore sia nello statore.
R = 1
- macchina a reazione pura, nello statore non vi è variazione di pressione statica, ma solo una variazione della direzione del flusso.
