La storia della turbina di Tesla e le sue applicazioni moderne
Negli ultimi anni si è intensificata la ricerca nell’ambito della microgenerazione di energia, con la riscoperta della turbina di Tesla.
Questo generatore efficiente ed economico, infatti, sta destando molto interesse nel campo delle tecnologie energetiche sostenibili.
Ecco a cosa serve la turbina di Tesla e quali sono le sue applicazioni moderne nel settore della generazione distribuita di energia.
La turbina di Tesla
La turbina di Tesla è un sistema per generare energia su piccola scala, un meccanismo che sfrutta l’attrito tra un rotore senza pale e un fluido. La caratteristica principale di questo generatore, infatti, è l’utilizzo di un rotore sprovvisto di pale, elementi che invece sono presenti nelle tradizionali turbomacchine utilizzate al giorno d’oggi.
Al posto dei rotori con pale il progetto della turbina di Tesla prevede l’uso di un rotore con dischi piatti paralleli, posizionati molto ravvicinati tra loro lasciando uno spazio minimo tra un disco e l’altro.
Questo sistema può essere utilizzato per vari scopi, ad esempio per alimentare pompe e compressori di aeromobili e autoveicoli, oppure nelle applicazioni cogenerative di taglia ridotta.
Nell’ultimo secolo però le applicazioni della turbina di Tesla sono state piuttosto limitate, soprattutto a causa della preferenza delle turbine a gas per le centrali elettriche e i sistemi ad alta potenza.
Oggi, al contrario, la semplicità del design e l’efficienza di questo motore rotativo stanno suscitando molto interesse nel campo della generazione distribuita.
Come venne inventata?
La costruzione della turbina di Tesla avvenne da parte del famoso inventore e ingegnere serbo Nikola Tesla nel 1913, quando venne messo a punto il primo prototipo brevettato di motore rotativo senza pale.
La turbina di Nikola Tesla era in grado di produrre energia attraverso l’attrito generato tra il fluido e il rotore, grazie a dei dischi lisci con ugelli che favoriscono il movimento del fluido.
Muovendosi, il fluido azionava i dischi, i quali a loro volta mettevano in funzione il rotore attivando l’albero motore. Si otteneva in questo modo un movimento rotatorio, utilizzabile in diversi campi e applicazioni.
Lo stesso Nikola Tesla affermò nel suo lavoro che la turbina era il motore rotativo più semplice ed efficiente che fosse mai stato realizzato, sebbene si trattasse di un rendimento teorico e non comprovato.
L’alimentazione della turbina di Tesla poteva essere a vapore o misto con l’utilizzo di appositi liquidi, con la possibilità di usarla sia in impianti progettati allo scopo sia nei sistemi a vapore già esistenti per migliorarne le prestazioni.
Purtroppo, questa invenzione non riscosse successo all’epoca, con la preferenza della turbina a gas per le applicazioni commerciali fino al 1950.
Come funziona la turbina di Tesla?
Il funzionamento della turbina di Tesla è abbastanza semplice, ed è legato al principio che vede un fluido rallentare quando scorre in prossimità di una superficie.
In pratica, quando un fluido si muove vicino a una superficie rallenta, quindi diminuisce la sua energia cinetica, la quale viene ceduta alla superficie stessa e, trattandosi di un disco liscio, trasferita a una turbina. Questo trasferimento di energia produce una coppia motrice, che a sua volta aziona la turbina facendola girare.
La coppia motrice è il momento meccanico delle forze esercitate da un motore su un sistema di trasmissione, ossia la capacità di un propulsore di compiere un determinato sforzo, come la forza applicata dal motore di un’auto alla trasmissione che permette di muovere il veicolo.
Di fatto la turbina di Tesla è un espansore, ossia un sistema che converte l’energia termica in lavoro meccanico, una tecnologia che oggi viene valutata come possibile alternativa ad altri espansori usati per la mini e microgenerazione di energia, tra cui gli espansori volumetrici, scroll, a pistoni e a vite.
Turbina di Tesla e ciclo ORC
Tra i moderni impieghi della turbina di Tesla c’è la generazione distribuita di energia, per rendere più sostenibile la produzione di energia di piccola scala.
La generazione distribuita di energia è un modello che prevede la vicinanza tra il luogo di produzione e quello di consumo dell’energia, attraverso l’impiego di tecnologie compatte e l’utilizzo di fonti di energia rinnovabile.
In particolare, oggi la maggior parte dei sistemi utilizzati comporta la dispersione di una certa quantità di energia, sotto forma di calore a bassa temperatura. Questo spreco energetico provoca un danno ambientale ed economico, a causa delle emissioni e della riduzione di efficienza legati all’energia dispersa.
La turbina di Tesla, dunque, può essere utilizzata nel ciclo ORC (Organic Rankine Cycle), un sistema termodinamico a ciclo chiuso per la generazione di energia termica ed elettrica.
Si tratta di una tecnologia che può essere integrata negli impianti geotermici o solari, ma anche nei sistemi industriali, producendo energia usando fonti di calore a temperatura medio/bassa per rendere l’impianto più efficiente ed ecologico.
I sistemi ORC, infatti, possono funzionare sfruttando differenti tipi di fonti, comprese le energie rinnovabili come l’energia solare, le biomasse e l’energia geotermica.
Allo stesso tempo, possono utilizzare come fonte energetica il calore di scarto dei processi industriali, oppure l’energia prodotta nei termovalorizzatori per una soluzione circolare a basso impatto ambientale.
Articolo pubblicato il: 22/12/2022