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La Centrale Termoelettrica
La Centrale a Turbogas
La Centrale a Ciclo Combinato
La Centrale Elettronucleare
Minitest
Turbine
Alternatore
Trasformatore
Minitest
LA CENTRALE TERMOELETTRICA
Una centrale termoelettrica è un impianto che usa i combustibili fossili per
produrre energia elettrica.
1. CALDAIA – Il combustibile fossile, stoccato in grandi serbatoi, viene bruciato e
sprigiona sotto forma di energia termica tutta la sua energia chimica.
2. SERPENTINA – All’interno della caldaia c’è una tubatura a serpentina nella
quale circola acqua che passa allo stato di vapore, ad alta temperatura e
pressione, dotato di una grande energia cinetica.
3. TURBINA – Il vapore in pressione giunge alle pale di una turbina, mettendola
in movimento: l’energia cinetica viene trasformata in energia meccanica.
4. ALTERNATORE – La turbina trasmette il suo movimento all’alternatore, che
trasforma l’energia meccanica trasmessa in energia elettrica.
5. TRASFORMATORE – L’energia elettrica prodotta dall’alternatore è trasmessa al
trasformatore, che ne innalza la tensione prima di immetterla nella rete di
distribuzione.
6. CONDENSATORE – Il vapore che esce dalla turbina è riportato allo stato liquido
nel condensatore, in modo da essere reintrodotto nella caldaia per iniziare
nuovamente il ciclo.
7. CAMINO – I fumi provocati dalla combustione vengono espulsi attraverso il
camino, dopo essere stati filtrati per eliminare i residui più inquinanti.
ENERGIA CHIMICA
•All’interno della caldaia l’energia chimica del combustibile diventa energia termica.
ENERGIA TERMICA
•L’energia termica trasformal’acqua in vapore, che si muovead alta velocità, quindi congrande energia cinetica
ENERGIA CINETICA
•L’energia cinetica del vaporefa muovere le pale dellaturbina, che, a loro volta,mettono in funzionel’alternatore
ENERGIA MECCANICA
•L’energia meccanicaprodotta dalle turbine viene trasformata in energia elettricadall’alternatore.
ENERGIA ELETTRICA
LA CENTRALE A TURBOGAS
Le centrali a turbogas sono centrali termoelettriche in cui si sfrutta direttamente
l’energia prodotta dalla combustione di metano o gasolio e funzionano senza la caldaia per trasformare acqua in vapore e senza condensatore per ritrasformare il
vapore in acqua. Le parti fondamentali di una centrale a turbogas sono:
Compressore: aspira aria dall’atmosfera, la comprime e la invia alla camera di combustione;
Camera di combustione: dove avviene la combustione fra l’aria e un
combustibile (metano o gasolio);
Turbina a gas: la miscela di aria e gas ad alta temperatura entra in turbina dove l’espansione dei gas mette in movimento le pale del rotore, che a sua volta
mette in rotazione l’alternatore producendo elettricità.
LA CENTRALE A CICLO COMBINATO
Le centrali a ciclo combinato sono centrali termoelettriche a turbogas con
l’aggiunta del Generatore di Vapore a Recupero: i gas che attraversano la turbina
a gas vengono inviati nei generatori di vapore di recupero, nei quali quasi tutto il
loro calore (da 500 °C a 110 °C) viene ceduto all'acqua della caldaia, che diventa vapore surriscaldato. Il vapore poi genera il movimento della turbina a vapore, allo
stesso modo della centrale termoelettrica.
Quindi, in una centrale a ciclo combinato si produce energia elettrica attraverso due processi diversi ma collegati:
1) Gruppo Turbogas con compressore, camera di combustione, turbina a gas,
alternatore, trasformatore; 2) Gruppo Vapore con generatore di vapore a recupero, turbina a vapore,
alternatore, trasformatore.
In questo modo, consumando la stessa quantità di combustibile (metano o gasolio), si riesce a produrre quasi il doppio di energia elettrica.
ENERGIA CHIMICA
•All’interno della camera di combustione chimica del combustibile diventa energia termica e cinetica.
ENERGIA CINETICA
•L’energia cinetica della miscelafa muovere le pale della turbina,che, a loro volta, mettono infunzione l’alternatore
ENERGIA MECCANICA
•L’energia meccanicaprodotta dalle turbine viene trasformata in energia elettricadall’alternatore.
ENERGIA ELETTRICA
LA CENTRALE ELETTRONUCLEARE
Una centrale elettronucleare è un impianto che usa elementi radioattivi per la
produzione di energia elettrica, analogamente alle centrali termoelettriche, ma il
calore per vaporizzare l’acqua viene prodotto attraverso la fissione nucleare. I
componenti principali sono:
1. NOCCIOLO – Qui avviene la fissione e il materiale radioattivo sprigiona sotto
forma di energia termica tutta la sua energia chimica (nucleare).
2. REATTORE – All’interno del reattore c’è uno scambiatore di calore nel quale circola acqua, che passa allo stato di vapore ad alta temperatura e pressione,
dotato di una grande energia cinetica.
3. TURBINA – Il vapore in pressione giunge alle pale di una turbina, mettendola
in movimento: l’energia cinetica viene trasformata in energia meccanica.
4. ALTERNATORE – La turbina trasmette il suo movimento all’alternatore, che
trasforma l’energia meccanica trasmessa in energia elettrica.
5. TRASFORMATORE – L’energia elettrica prodotta dall’alternatore è trasmessa al
trasformatore, che ne innalza la tensione prima di immetterla nella rete di
distribuzione.
6. CONDENSATORE – Il vapore che esce dalla turbina è riportato allo stato liquido
nel condensatore, in modo da essere reintrodotto nella caldaia per iniziare
nuovamente il ciclo.
Trasformazioni energetiche
MINITEST
1) Quale differenza c’è tra la corrente alternata e la corrente continua?
2) Se il circuito primario di un trasformatore ha 500 spire e quello secondario 4000
spire, qual è la corrente di uscita se la corrente in ingresso è pari a 800 V?
3) In quale macchina della centrale termoelettrica avviene la trasformazione da
energia cinetica ad energia meccanica?
4) Quali macchine sono presenti in una centrale a turbogas rispetto ad una
centrale termoelettrica? Per quale motivo esiste questa differenza?
5) Quali macchine sono presenti in una centrale a ciclo combinato rispetto ad
una centrale a turbogas? Cosa comporta questa differenza?
6) Cosa avviene nel reattore e nel nocciolo di una centrale nucleare?
7) Quali sono gli elementi in comune e le differenze tra una centrale
termoelettrica ed una centrale nucleare?
8) Perché si può dire che l’energia nucleare è un’energia pulita?
ENERGIA CHIMICA
(NUCLEARE)
•All’interno del nocciolo l’energia nucleare dell’uranio (combustibile) diventa energia termica.
ENERGIA TERMICA
•L’energia termica trasforma l’acqua invapore, che si muove ad alta velocità,quindi con grande energia cinetica
ENERGIA CINETICA
•L’energia cinetica del vapore famuovere le pale della turbina,che, a loro volta, mettono infunzione l’alternatore
ENERGIA MECCANICA
•L’energia meccanicaprodotta dalle turbine viene trasformata in energia elettrica dall’alternatore.
ENERGIA ELETTRICA
9) Quali sono i problemi ambientali legati alla produzione di energia elettrica da
centrali nucleari?
TURBINE
La turbina a vapore sfrutta l’energia cinetica generata dalla pressione del vapore di
una caldaia, convertendola in energia meccanica impressa ad un organo rotante
chiamato albero. Questo albero è dotato di palette, contenute in cilindri separati,
attraverso le quali passa il vapore.
Nelle centrali termoelettriche le turbine a vapore mettono in movimento un
generatore elettrico (alternatore).
Le turbine che sono azionate dall’acqua sono dette turbine idrauliche, quelle
azionate dal vapore sono dette turbine a vapore.
Turbine a vapore – La turbina possiede un organo fisso, detto distributore e uno
mobile, detto girante. La girante è costituita da una serie di grandi ruote
metalliche che recano numerose «palette». L’energia cinetica del vapore mette in
moto le palette, che, a loro volta, fanno girare l’asse rotante della turbina collegato
all’alternatore.
La turbina a vapore è divisa in due (o anche tre) settori: nel primo il vapore arriva
ad alta pressione e bastano palette di piccole dimensioni per mettere in moto
l’albero rotante; nel settore successivo si sfrutta l’energia cinetica residua del
vapore, che, quindi ha bisogno di palette più grandi per mantenere in azione
l’albero rotante.
ALTERNATORE
L’alternatore è un generatore
di corrente elettrica.
È costituito da due parti, una
fissa e l’altra rotante, dette
rispettivamente statore e
rotore, su cui sono disposti
avvolgimenti di cavi elettrici
di rame.
L’alternatore riesce a
trasformare l’energia
meccanica di una turbina in
energia elettrica a corrente
alternata.
TRASFORMATORE
Il trasformatore è una
macchina elettrica che serve a
trasferire energia elettrica a
corrente alternata da un circuito
ad un altro modificandone le
caratteristiche.
È formato da un nucleo di ferro a
cui sono avvolte spire di rame.
Il trasformatore innalza la
tensione della corrente prodotta
dall’alternatore (6000-25000 V)
fino a 500000 V (corrente ad alta
tensione) perché così è più
facilmente trasportabile per
mezzo degli elettrodotti.
MINITEST
1) Qual è la funzione di una turbina in una centrale elettrica?
2) Perché le dimensioni delle palette di una turbina aumentano man mano?
3) Quale elemento collega la turbina all’alternatore?
4) Qual è il principio di funzionamento dell’alternatore?
5) Qual è il principio di funzionamento di un trasformatore?
IL CAMPANELLO ELETTRICO
Il campanello elettrico è un dispositivo elettromeccanico utilizzato per richiamare
l'attenzione su uno specifico evento. Il campanello elettrico posto sulle porte delle
abitazioni è un tipico esempio del suo utilizzo così come lo è la “campanella” nelle
scuole.
Fu inventato dal fisico Joseph Henry nel 1831, assieme al buzzer elettrico che ne è
il componente fondamentale.
Il funzionamento del campanello elettrico è basato sul fenomeno
dell'elettromagnetismo ovvero la capacità di generare un campo magnetico da parte
della corrente elettrica. I componenti di un campanello elettromeccanico sono:
elettrocalamita, percussore (montato sull'estremità di una lamina elastica di
metallo), vite di regolazione, campana. In condizione di riposo la lamina è
appoggiata sulla vite di regolazione, il contatto mobile lamina/vite di regolazione è
chiuso, il pulsante di accensione è aperto: nel circuito non scorre nessuna corrente.
Premendo il pulsante di accensione la corrente circola attraverso il contatto mobile
nell'elettrocalamita che attira a sé il percussore che di conseguenza va a colpire la
campana.
L'avvicinamento del percussore all'elettrocalamita fa sì che il contatto mobile si
apra con conseguente interruzione della corrente nel circuito: la lamina torna
quindi indietro fino alla sua posizione di riposo. Il ritorno della lamina in posizione
di riposo provoca nuovamente la chiusura del contatto mobile con conseguente
inizio di un nuovo ciclo. L'effetto risultante è una oscillazione del percussore fra
posizione di riposo e posizione di percussione della campana che provoca il classico
ronzio o trillo del campanello. L'oscillazione del percussore dura per tutto il tempo
in cui il pulsante di accensione rimane premuto.
IL TELEGRAFO
Negli anni di inizio Ottocento si stavano studiando i fenomeni elettrici, a partire
dalle cariche elettrostatiche.
ll telegrafo elettrico rappresentò il primo impiego pratico dell’elettricità. Nel 1837
Samuel Morse inventò un telegrafo che ebbe subito ampia diffusione.
Usava un codice simbolico per rappresentare le lettere e i numeri (alfabeto Morse).
Aveva la possibilità di lasciare traccia su carta il codice trasmesso.
Morse inventò un apparato telegrafico nel quale usava un solo filo e un codice,
detto poi “alfabeto Morse”, impiegando per trasmettere le lettere dell’alfabeto un
sistema di impulsi elettrici più o meno lunghi, corrispondenti convenzionalmente
a un linguaggio di linee e punti.
La conversione del testo nell’alfabeto Morse veniva operata da un addetto, il
telegrafista, mentre un altro telegrafista provvedeva all’arrivo a decifrare il
messaggio riportandolo nel linguaggio delle lettere.
Mentre in partenza il messaggio era “battuto” su una levetta (tastierino) che
collegava o interrompeva un circuito elettrico ad opera del telegrafista, in arrivo il
messaggio veniva trascritto su una striscia di carta direttamente dall’apparecchio
telegrafico: la corrente agiva su un magnete che attirava una specie di penna, la
quale incideva linee e punti su una striscia di carta fatta muovere lentamente da
un idoneo dispositivo. Sulla base del linguaggio di linee e punti inciso sulla carta,
il telegrafista ricostruiva le parole del messaggio.
Le linee telegrafiche