Turbine e generatori
Quello che si vede di una centrale elettrica è di solito l’edificio in cui è ubicata la sala macchine dove sono installati la turbina e il generatore. Le turbine sono i successori delle ruote idrauliche e dei mulini a vento, che venivano costruiti vicino a un ruscello o su una collina e, girando, azionavano, ad esempio, una macina. L’energia cinetica veniva così trasformata in energia meccanica in forma di moto rotatorio. Da qui il nome: infatti in latino «turbare» significa «girare». Ma le turbine di una centrale ad accumulazione devono sostenere forze molto superiori. Come abbiamo già imparato, l’impatto sulle pale è quello di diverse migliaia di litri d’acqua al secondo ad una velocità molto elevata.
Gli ingegneri hanno progettato le giranti più efficienti per ogni situazione. L’ingegnere americano Lester Pelton sviluppò già nel 1879 una turbina con delle pale a forma di doppio cucchiaio. Le turbine Pelton sono impiegate in impianti con grandi cadute, fino a 2000 m. Altri tipi conosciuti di turbina sono la turbina Francis e la turbina Kaplan, impiegate in base alla pressione dell’acqua.
La scelta del tipo di turbina è importante affinché la potenza dell’acqua possa essere convertita in moto rotatorio nel modo più efficiente possibile. Questa rotazione viene trasferita a sua volta da un albero a un’altra macchina: il generatore. Il generatore produce energia elettrica, esattamente come un motore elettrico, solo nel verso opposto. Mentre un motore elettrico genera movimento attraverso l’energia elettrica, un generatore converte il movimento in energia elettrica.
Anche il generatore contiene una bobina magnetica, che viene fatta ruotare permanentemente dall’acqua che cade sulla turbina e mette così in movimento le particelle cariche all’interno di cavi metallici. Naturalmente, nella sala macchine sono installate, oltre a turbine e generatori, anche numerose altre apparecchiature che servono a far sì che l’elettricità prodotta possa essere trasportata e utilizzata ogni giorno per l’illuminazione nelle case o per il funzionamento degli elettrodomestici.
Un motore per due direzioni
Poiché un motore elettrico è costruito fondamentalmente come un generatore, in molte applicazioni la stessa macchina può essere usata a volte come generatore, a volte come motore. Questa reversibilità è utilizzata anche dalle centrali con sistema di pompaggio, come suggerisce il nome: nei periodi di basso consumo, l’elettricità prodotta in eccesso viene usata per pompare l’acqua in un serbatoio posto più in alto. I gruppi turbina, che sono utilizzati per generare energia elettrica nella modalità generatore, lavoreranno quindi come motore per pompare l’acqua nel serbatoio.
Questo principio è utilizzato anche al di fuori delle centrali elettriche: i motori che mettono le auto e i treni elettrici in movimento possono infatti invertire il funzionamento per recuperare energia in fase di rilascio e frenata. In tutte le fasi di funzionamento passive, il motore elettrico inverte il suo funzionamento e invece di cedere energia mettendo in movimento le ruote, si trasforma in alternatore recuperando l’energia cinetica ricevuta dalle ruote per generare corrente elettrica che viene poi inviata alla batteria o al motore stesso. Il risultato è un effetto frenante.
Non tutta l’elettricità è uguale
Dal 1987, l’energia elettrica che esce dalle prese europee è una corrente alternata. Ha un valore di tensione di 230 volt e una frequenza pari a 50Hz. Serve per alimentare l’aspirapolvere, il computer, il frigorifero e altri elettrodomestici. La corrente alternata è un tipo di corrente elettrica caratterizzata da un alternarsi di pulsazioni positive e negative: significa che il flusso di elettroni lungo un conduttore, ad es. un filo di rame, inverte la propria direzione continuativamente nel tempo. Ma la frequenza può essere anche diversa, per esempio nel caso della trazione ferroviaria. La Ferrovia Retica richiede una corrente alternata con una frequenza pari a 16 2/3 Hz. Per regolare la frequenza è necessario utilizzare i cosiddetti convertitori di frequenza.
Ma non esiste solo la corrente alternata. La corrente continua è caratterizzata da un flusso di elettroni di direzione costante nel tempo. I telefoni cellulari e i computer portatili funzionano con la corrente continua. Per questo motivo, per caricarli è necessario collegarli alla presa elettrica usando un caricatore che trasforma la corrente alternata in corrente continua. Le celle solari e le turbine eoliche producono peraltro corrente continua. Affinché possa essere immessa nella rete sono necessari i cosiddetti inverter.
Infine esiste anche la corrente trifase. Si tratta di una corrente alternata, ma con tre fasi invece di due. La corrente trifase è adatta per le applicazioni che richiedono potenze maggiori, ad esempio per i fornelli o le auto elettriche.
