Nelle centrali a gas svolge un ruolo fondamentale il sistema di raffreddamento. Una volta compreso il funzionamento dell’impianto (spiegato in questo articolo: Nelle viscere di una centrale a gas) è necessario capire l’importanza di questa variabile all’interno del sistema. Più il bruciatore riesce ad innalzare la temperatura della miscela aria – combustibile più l’efficienza della produzione di potenza aumenta.
La temperatura raggiunta dopo la combustione è un fattore così importante per determinare le prestazioni dell’impianto che viene usata per classificare le centrali stesse, tramite delle lettere che crescono in ordine alfabetico con l’aumentare di questo parametro. La crescita dipende dall’avanzamento tecnologico ed è esponenziale: basta pensare che nel 2010 l’eccellenza era rappresentata dalla classe F operante a 1400°C e solo sei anni dopo si è arrivati alla classe J con ben 1600°C di temperatura operativa.
Il sistema di raffreddamento
Stiamo parlando di temperature estremamente elevate, critiche per qualunque materiale anche i più resistenti. Allora come mai queste macchine non ne risentono, sciogliendosi in un bagno di lava fusa? Il sistema di raffreddamento è in grado di isolare termicamente i componenti, realizzando un salto termico tra la portata di gas e la struttura solida.
Il punto più critico è l’ingresso della turbina, poiché il gas entra caldo mentre le palette ruotano, sollecitandole sia meccanicamente che termicamente. Non è dunque sufficiente refrigerare la cassa (la parte esterna fissa che contiene le parti in movimento) ma c’è bisogno di un raffreddamento dedicato per ogni singola paletta (le parti mobili della turbina, quelle che subiscono la spinta del fluido in arrivo e mettono in rotazione l’intera macchina producendo il lavoro meccanico da cui si ricava l’energia elettrica).
La tecnica utilizzata consiste nel prelevare una porzione dell’aria che passa nel compressore, che è fredda perché non ancora sottoposta al riscaldamento della combustione. Per ottenere una refrigerazione ottimale, l’aria fredda dentro la paletta si suddivide in centinaia di minuscoli canali che partono dall’interno e sfociano in superficie. Questo è il motivo per cui osservando una turbina le palette non appaiono affatto lisce, ma forate.
(fonte: CAD3D e A&C analisi e calcolo)
Conclusione
Il ricoprire omogeneamente la superficie con i fori è la chiave del successo dell’intera operazione. Così facendo, infatti, l’aria fredda esce uniformemente su tutto l’oggetto, ricoprendolo di un sottile strato protettivo in grado di isolare la paletta dal flusso di gas bollenti che la investe.
Viene chiamato scudo termodinamico (in inglese, film cooling) e nonostante sia così esile riesce a proteggere la paletta dall’aggressione dell’ambiente ostile in cui si trova, permettendole di lavorare senza problemi in un ambiente a temperatura molto più alta dei limiti operativi del materiale di cui è composta. Sembra inverosimile, ma se si padroneggiano termodinamica e fluidodinamica tutto è possibile.
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