Turbina

Turbina turbomakina gehienei ematen zaien izen orokorra da. Termino hori Claude Burdin meatze-ingeniariak sortu zuen 1822an; grekoko τύρβη (tyrbē) hitzetik eratorria da eta "zurrunbiloa" esan nahi du. Turbinak fluido-makinak dira eta horietatik jariakin edo fluido bat pasarazten da etengabe. Hauek, palez osaturiko gurpil bat edo bi izaten dituzte, errotorea eta estatorea. Estatorean, turbinak hartzen duen jariakina bideratzen da, honen norabidea aldatuz. Horri esker, jariakinaren bulkada areagotu daiteke. Errotorean, aldiz, jariakin horrek bultzatuta, errotazio-mugimendua lortzen da eta, horrela, jariakinaren energia zinetikoa palak edo besoak (edo alabeak) dituen gurpilari igortzen dio.

Turbina motor birakaria da, jariakin baten (ura, ur-lurruna edo gasa) energia zinetikoa energia mekaniko bihurtzen du. Turbinaren oinarrizko elementua gurpila edo errotorea da eta zirkuferentziaren inguruan palak, helizeak, besoak, hortzak edo kuboak ditu. Modu honetan, jariakina bertatik pasatzean errotorea birarazten duen indar tangentziala sortzen da gurpila inguratzen duen elementuetan, adibidez besoetan. Energia mekaniko hori, ardatz baten bidez transferitzen da makina, konpresore, sorgailu elektriko edo helize baten mugimendua ahalbidetzeko.

Orain arte, turbina da motorrik eraginkorrenetako bat (% 50 inguru) barne-errekuntzako motor eta zenbait motor elektrikokin parekatuz. 20ko hamarkadan, asmatzaile batzuek, tartean Thyssen abizeneko batek, barne-errekuntzako turbina patentatu zuten. Motor berri honi, % 33ko errendimendu termodinamikoa esleitu zioten.

Turbinaren funtzionamendua urak duen indarrean oinarritzen da, hau da, uraren indarra zenbat eta handiagoa izan, orduan eta energia gehiago sortuko du turbinak. Ura turbinaren besoetan zehar pasatzen da eta barruko ardatza birarazten du. Errotazio-mugimendu horri esker, turbinari akoplatuta dagoen sorgailuak urak sortutako energia, energia elektriko bihurtzeko prozesua hasten du, eta honek, elektrizitatea sortzen du.

Turbinak hainbat azpitalde nagusitan sailka daitezke, adibidez: hidraulikoak eta termikoak.

Turbina hidraulikoetan lanerako erabiltzen den jariakinaren dentsitateak ez du aldaketa nabarmenik izaten errotore eta estatoretik igarotzean. Ohikoenak, ur-turbinak dira, hala ere turbina hidraulikotzat jo daitezke haize-errotak edo haize-sorgailuak.

Hauek dira turbina hidraulikoaren zati nagusiak:

-Banatzailea: elementu hau ez da mugitzen eta ez da lan mekanikorik egiten bertan. Ur-fluxua bizkortzeko balio du, energia potentzial osoa edo zati bat energia zinetiko bihurtzen baita. Banatzaileak ura errodete izeneko beste osagai batera bideratu eta emaria erregulatzen du.

-Errodetea: oinarrizko elementuari errodetea, gurpila edo errotorea esaten zaio. Disko honek, paleta, alabe edo koilara sistema bat du, eta abiadura angeluar jakin batek girararazten du. Jariakinetik edo ur-jauzotol datorren energia hidraulikoa energia mekaniko bihurtzen da, hain zuzen ere gurpil honetan.

-Xurgapen-hodia: erreakzio-turbinetan ia beti aurkitzen den osagaoa da, errodetearen ondoren instalatzen da eta hodi dibergentearen forma du.

-Karkasa: turbinaren zatiak jasateaz eta estaltzeaz arduratzen den osagaia da.

Azpitalde honen barruan, honako hauek daude:

Jariakinak ez du presio-aldaketarik jasaten errotoretik igarotzean. Izan ere, turbinaren sarreran duen presioa murriztu egiten da presio atmosferikora iritsi arte, eta konstante mantentzen da errotore osoan. Akzio-turbinetan, jariakinaren energia zinetikoa aprobetxatzen da eta, energia hori turbinari transmititzen dio. Akzio-turbinen ezaugarri nagusia da ez dutela xurgatze-hodirik. Multzo honetan, ezagunena Pelton turbina da. Pelton turbinak fluxu tangentziala du eta bira-kopuru espezifiko txikia izateagatik bereizten da (ns<=30). Bira-kopuru espezifikoa, ns, turbina guztientzako ohiko zenbakia da eta hori uraren abiaduraren eta bira-kopuruaren arteko loturarako neurri bat da. Makina egokiena aukeratzeko erabiltzen da. Bira-kopuru espezifikoa zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa da turbinaren kabitazio arriskua

Jariakinare presioa nabarmen aldatzen da errotoretik igarotzean. Izan ere, jariakina presio atmosferikoa baino presio handiagoarekin sartzen da errodetean, eta honen irteeran depresioa izaten du. Akzio-turbinetan ez bezala, hauen ezaugarri nagusia da xurgatze-hodia dutela. Turbina hauek, besoen edo alabeen konfigurazioaren arabera sailka daitezke: Francis turbinak, fluxu erradial edo mixtoa duena, eta Helize, Kaplan eta Bulbo turbinak, fluxu axialdunak. Aurrekoa haintzat hartuz, , Kaplan turbina batean probabilitate handiagoa dago kabitazio fenomenoa emateko Francis edo Pelton turbina batean baino.

Turbina termiko esaten zaie lan-jarikina makinatik igarotzean dentsitate aldaketa nabarmena jasaten dutenei. Hauek, bi azpimultzotan sailkatu ohi dira diseinuan funtsezko desberdintasunak dituztelako: lurrun-turbinak eta gas-turbinak.

Lurrun-turbinetan jariakinak fase-aldaketa bat jasan dezake errodetetik igarotzean. Galdara batean tenperatura eta presio oso altuak izaten dira, ondorioz, lurruna sortzen da eta turbinan lurrun horren barne-energia energia mekaniko bihurtzen da.

Gas-turbinetan jariakinak ez du fase-aldaketarik errodetetik igarotzean. Turbina hauek potentzia-zikloetan erabiltzen dira, hala nola Brayton zikloan eta hozte-ziklo batzuetan. Hauen funtzionamendua lurrun-turbinaren antzekoa da, baina kasu honetan uraren ordez airea erabiltzen da.

Turbina termikoei buruz hitz egiterakoan, beste azpitalde hauek ere aipatu ohi dira:

Turbina hauetan, jauzi entalpikoa estatorrean soilik gertatzen da, eta energia transferentzia jariakinaren abiadura aldaketaren eraginez ematen da.

Akzio-turbinetan ez bezala, jauzi entalpikoa errotorean zein estatorean egin daiteke.

Turbina eolikoak haizearen energia aprobetxatzen du eta honekin energia mekanikoa edo elektrikoa lortzen da.

Haizearen energia zinetikoa energia mekaniko bihurtzen da ardatz baten errotazioaren ondorioz, Energia mekaniko hori, hainbat modutan erabil daiteke: antzinako haize errotetan gertatzen zen bezala, ehotzeko edo pala anitzeko erroten kasuan bezala, ura ponpatzeko. Horrez gain, energia mekanikoa elektriko bihur daiteke sorgailu elektriko, alternadore edo dinamo baten bidez, eta sortutako energia hori, baterietan gorde edo zuzenean erabil daiteke.

Tutbina eolikoetan esanguratsuenak aerosorgailuak dira; hauek, haizearen energia zinetikoa energia elektriko bihurtzen duten gailu edo makinak dira.

Urpeko turbinak itsaspeko korronteen energia zinetikoa aprobetxatzen du eta horrekin energia elektrikoa lortzen da. Itsaspeko hondoan dorre aurrefabrikatuen gainean finkatzen dira turbinak, urpeko korronteen bila biratu ahal izateko. Korronte horien abiadura urtean zehar aldatzen denez, korrenteen abiadura 3 km/h eta 10 km/h artean aldatzen den leku egokienean kokatu behar izaten dira. Turbina-zentralak ezartzeko, ahal bada sakonera ahalik eta hondoen eta itsaspeko ekosistemarik kaltetzen ez duten tokia hautatu behar da. Turbina hauek, babes-sarea izaten dute uretako animaliak xurgatzea ekiditen duena.

Munduko energia elektrikoaren proportzio handi bat turbosorgailuek sortzen dute.