La turbina Pelton (anche tradotta come ruota idraulica Pelton o turbina Bourdain, in inglese: Pelton wheel o Pelton Turbine) è un tipo di turbina a impatto, sviluppata dall'inventore americano Lester W. Alan Pelton. Le turbine Pelton utilizzano l'acqua che scorre e colpisce la ruota idraulica per ottenere energia, a differenza delle tradizionali ruote idrauliche a iniezione verso l'alto azionate dal peso dell'acqua stessa. Prima della pubblicazione del progetto di Pelton, esistevano diverse versioni di turbine a impatto, ma erano meno efficienti del progetto di Pelton. Dopo aver lasciato la ruota idraulica, l'acqua di solito conserva una certa velocità, disperdendo gran parte dell'energia cinetica. La geometria delle pale della turbina Pelton è tale che l'acqua lascia la girante a una velocità molto bassa dopo aver percorso metà della velocità del getto d'acqua; pertanto, il progetto di Pelton cattura quasi completamente l'energia d'impatto dell'acqua, rendendo la turbina idraulica ad alta efficienza.
Dopo che il flusso d'acqua ad alta velocità ed efficienza entra nella tubazione, la forte colonna d'acqua viene diretta verso le pale a forma di secchiello della ventola sulla ruota mobile attraverso una valvola a spillo per azionare la ruota stessa. Queste pale, note anche come pale di impatto, circondano la periferia della ruota motrice e sono collettivamente chiamate ruota motrice. (Vedi foto per i dettagli, turbina Pelton d'epoca). Quando il getto d'acqua impatta sulle pale della ventola, la direzione del flusso cambia a causa della forma del secchiello. La forza dell'impatto dell'acqua esercita un momento sul sistema del secchiello e della ruota mobile, utilizzandolo per far ruotare la ruota; la direzione del flusso d'acqua è "irreversibile" e l'uscita del flusso d'acqua si trova all'esterno del secchiello, riducendo la velocità del flusso a valori molto bassi. Durante questo processo, la quantità di moto del getto di fluido viene trasferita alla ruota mobile e da lì alla turbina idraulica. Quindi lo "shock" è in grado di produrre lavoro per la turbina. Per massimizzare la potenza e l'efficienza del lavoro della turbina, il sistema rotore-turbina è progettato per raddoppiare la velocità del getto di fluido sulla paletta. Una piccolissima parte dell'energia cinetica originaria del getto di fluido rimane nell'acqua, il che permette alla paletta di svuotarsi e riempirsi alla stessa velocità (vedi conservazione della massa), in modo che il fluido in ingresso ad alta pressione possa essere iniettato senza interruzioni. Non si verifica alcuna dispersione di energia. Solitamente, due palette vengono montate una accanto all'altra sul rotore, consentendo di suddividere il flusso d'acqua in due condotti di uguale intensità per l'iniezione (vedi figura). Questa configurazione bilancia le forze di carico laterali sul rotore e contribuisce a garantire un funzionamento regolare, mentre l'energia cinetica dei getti di fluido viene trasferita al rotore della turbina idraulica.
Poiché l'acqua e la maggior parte dei liquidi sono pressoché incomprimibili, quasi tutta l'energia disponibile viene catturata nella prima fase, dopo che il fluido entra nella turbina. Le turbine Pelton, invece, hanno una sola sezione di ruota mobile, a differenza delle turbine a gas che funzionano con fluidi comprimibili.
Applicazioni pratiche Le turbine Pelton sono tra le migliori tipologie di turbine per la produzione di energia idroelettrica e risultano le più adatte quando la fonte d'acqua disponibile presenta elevati dislivelli e basse portate. Pertanto, in ambienti con elevato dislivello e bassa portata, la turbina Pelton è la soluzione più efficiente, anche se suddivisa in due flussi, mantenendo in teoria la stessa quantità di energia. Inoltre, le condotte utilizzate per i due flussi di iniezione devono essere di qualità comparabile: uno richiede un tubo lungo e sottile, l'altro un tubo corto e largo. Le turbine Pelton possono essere installate in siti di qualsiasi dimensione. Esistono già centrali idroelettriche con turbine Pelton idrauliche ad albero verticale di diverse tonnellate. La sua unità di installazione più grande può raggiungere i 200 MW. Le turbine Pelton più piccole, invece, hanno un diametro di pochi centimetri e possono essere utilizzate per estrarre energia da flussi con portate di pochi litri al minuto. Alcuni impianti idraulici domestici utilizzano ruote idrauliche di tipo Pelton per la distribuzione dell'acqua. Queste piccole turbine Pelton sono consigliate per l'utilizzo con dislivelli di 9,1 metri (30 piedi) o superiori, al fine di generare una potenza significativa. Attualmente, in base alla portata dell'acqua e al progetto, il dislivello ideale per l'installazione della turbina Pelton è compreso tra 14,9 e 1.799,8 metri (49 e 5.905 piedi), ma al momento non esiste un limite teorico.
Data di pubblicazione: 2 aprile 2022
