Elettrodotto
La centrale elettrica
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Tecnologia
La centrale elettrica è un grande impianto industriale che produce energia elettrica da distribuire alle industrie e alle abitazioni. Da non confondere con la centralina elettrica di un edificio civile, come le abitazioni o le centrali di altre industrie, che non producono energia elettrica ma utilizzano quella che proviene dalle centrali elettriche mediante un lungo filo elettrico che si chiama elettrodotto.
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Elettrodotto |
L'elettrodotto è molto pericoloso per le persone, in quanto trasporta elettricità ad alta tensione, oltre i 380.000 Volt. I fili dell'elettrodotto non sono isolati, per cui è bene tenersi a distanza di almeno 20 metri dai tralicci, cioè le strutture in ferro che servono per sostenere i fili elettrici.
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Traliccio elettrico |
Inoltre, anche se ci si trova lontani più di venti metri, fino ad un centinaio di metri, è bene usare delle cautele quando si cammina a piedi o quando si scende dall'automobile. Infatti tra i due piedi si può formare una tensione pericolosa specie in condizioni di un guasto non ancora riparato.
Una centrale elettrica è molto complessa e richiede personale altamente qualificato per poter essere costruita e mantenuta in funzione.
Le parti fondamentali di una centrale elettrica sono:
1 - Una macchina di tipo meccanico che trasforma l'energia in movimento di rotazione. Questa macchina si chiama turbina. La turbina può essere alimentata da diverse fonti energetiche come il carbone, il gas, il gasolio o sfruttare l'acqua che proviene dalle montagne che si trovano nelle vicinanze della centrale. Nelle centrali nucleari si utilizza la reazione di fissione nucleare, cioè l'uranio arricchito, che è un materiale che emana calore, se bombardato con neutroni lenti.
2 - Un alternatore elettrico che trasforma il movimento di rotazione in tensione elettrica e corrente elettrica.
3 - Un trasformatore elettrico, cioè una macchina elettrica che aumenta il valore della tensione, portandola a valori elevati, fino ad oltre i 380.000 volt. Questa tensione alternata viene poi collegata ai fili di un elettrodotto per essere distribuita alle industrie e alle abitazioni.
La centrale elettrica più diffusa è quella detta termoelettrica; essa trasforma il calore che proviene da un combustibile in energia elettrica. Il combustibile è una sostanza che brucia. I combustibili usati sono il gasolio, il gas, il carbone. Lo scopo del calore è quello di far bollire l'acqua messa in un grande contenitore detto caldaia. Il combustibile ha bisogno di un bruciatore adatto.
I bruciatori domestici che conosciamo sono il bruciatore a gas:
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bruciatore del gas domestico |
e il bruciatore a gasolio.
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bruciatore a gasolio domestico |
Nelle grandi centrali si costruiscono delle grandi torri a base rotonda, cioè tubi altri centinaia di metri, isolati dal punto di vista termico in modo da non disperdere il calore.
Queste torri sono un insieme di caldaia e di bruciatori. Da una parte vi sono tubi che trasportano il combustibile, cioè gas o gasolio, a diversi bruciatori disposti a varie altezze lungo la torre. Il combustibile brucia e genera calore.
Nelle vicinanze dei vari bruciatori vi sono diversi tubi pieni di acqua. A causa del calore l'acqua raggiunge temperature elevate, superiori ai 100 gradi; raggiunti i 100 gradi l'acqua diventa vapore; poi questo vapore si surriscalda in quanto si trova all'interno di queste torri. Quando ha raggiunto la temperatura adatta, questo vapore surriscaldato cerca di uscire con forza dalla caldaia e lo si fa uscire mediante dei tubi che trasportano il vapore acqueo surriscaldato alle varie turbine presenti nella centrale termoelettrica.
Quando si usano le centrali nucleari vi è un contenitore che contiene l'uranio, che è un combustile nucleare; questo contenitore è detto reattore nucleare. L'uranio è pericoloso per la salute in quanto emette radiazioni ionizzanti, cioè radiazioni che scindono la cellula umana in ioni ed elettroni, causando la morte delle persone. Per cui il reattore viene schermato in modo che le radiazioni restino contenute all'interno del reattore. All'interno del reattore si mettono dei tubi contenenti acqua. L'acqua si surriscalda e diventa vapore acqueo ad alta temperatura. Questo vapore acqueo, che è anche esso radioattivo, mediante dei tubi scorre veloce verso le turbine a vapore, poste al di fuori del reattore.
La turbina
La turbina è una macchina di tipo idraulico; è costruita come una pompa ma funziona in senso inverso; la pompa, infatti, trasforma il moto rotatorio in un movimento di un fluido, che può essere o liquido o gassoso.
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Elica di un motoscafo |
La turbina, invece, trasforma il moto di un liquido o di un gas in movimento rotatorio. La turbina ha delle pale su cui viene inviato il fluido. Se il liquido inviato sulle pale è acqua la turbina e di tipo idraulico. La turbina idraulica si usa nelle centrali idrauliche. Nelle centrali idrauliche manca la parte del riscaldamento dell'acqua; l'acqua proviene da una diga situata molto in alto rispetto alla turbina; tramite dei tubi ad alta pressione l'acqua scorre velocemente nei tubi e viene diretta sulle pale della turbina idraulica mettendola in rotazione attorno al proprio asse.
Nelle altre centrali, come le centrali termoelettriche e le centrali nucleari, il vapore acqueo surriscaldato viene inviato sulle pale delle turbine a vapore, mettendole in rotazione.
Il vapore acqueo dopo che è stato usato nelle turbine a vapore viene riutilizzato; una parte viene rinviata nella caldaia e serve per preriscaldare l'acqua fredda che entra nella caldaia; un'altra parte di vapore acqueo viene inviata in delle torri di raffreddamento, dove il vapore, incontrando delle superfici fredde si condensa, cioè diventa liquido, cioè acqua calda che viene poi inviata nuovamente nella caldaia.
Su ogni turbina è presente anche un alternatore che ruota attorno al proprio asse; la turbina, infatti, ha lo scopo di mettere in rotazione un alternatore.
Alternatore
L'alternatore è una macchina elettrica che trasforma il movimento rotatorio in una tensione elettrica alternata, detta anche trifase.
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alternatore trifase |
L'alternatore si usa anche nelle automobili per ricaricare la batteria. Nelle centrali elettriche l'alternatore è molto grande; sulla parte che ruota, detta rotore, vi sono degli avvolgimenti che sono alimentati in tensione continua e formano un magnete che ruota velocemente. Sulla parte ferma, detta statore, vi sono dei fili di rame. Poiché vi è un campo magnetico variabile, nei fili dello statore si genera un tensione elettrica alternata, alla frequenza fissa di 50 Hertz.
Poiché al variare del carico elettrico, cioè quando noi accendiamo una stufa elettrica o una lampadina elettrica la corrente fornita dall'alternatore aumenta, l'alternatore dovrebbe rallentare. Per cui vi sono dei sistemi automatici che aumentano il vapore surriscaldato immesso nelle turbine in modo da compensare l'eventuale rallentamento provocato. Il vantaggio dell'alternatore è anche quello di essere reversibile, nel senso che qualora dovesse venir meno il vapore acqueo sulla turbina, la turbina non rallenta, in quanto l'alternatore ha una velocità costante ed inizierebbe a funzionare da motore elettrico facendo ruotare la turbina. Questo è un vantaggio del fatto che tutte le centrali elettriche esistenti sono collegate elettricamente tra di loro. Per cui se in una centrale un alternatore rallenta esso si trasforma in motore ed accelera; per cui la velocità resta costante in tutte le centrali elettriche collegate tra di loro.
La tensione generata dall'alternatore non è adatta ad essere trasportata a lunga distanza; occorre, quindi, utilizzare dei trasformatori di tensione.
Trasformatore
Il trasformatore usato è del tipo elevatore, cioè aumenta la tensione.
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trasformatore |
Il trasformatore serve per aumentare la tensione. Il motivo per cui si aumenta la tensione fino ad oltre i 380.000 Volt è dovuto al risparmio dei costi da fare sull'elettrodotto. Siccome le potenze da trasmettere sono molto elevate se si usassero tensioni relativamente basse, come i 240 Volt che arrivano nelle abitazioni, non si dovrebbero usare dei fili di rame, ma dei tubi di rame tutti pieni e pesanti tonnellate. Il rame è molto costoso; inoltre il diametro dei tubi dovrebbe essere di diversi metri, per cui occorrerebbe scavare nel terreno con aumento di costi notevole.
Per cui si preferisce aumentare la tensione; in tal modo i fili dell'elettrodotto sono sottili, sono senza isolante, quindi si risparmia, e possono scavalcare grandi distanze, come il filo posto sullo stretto di Messina, che unisce elettricamente la Sicilia con la Calabria, sospeso sui tralicci di alta tensione, senza bisogno di scavare nel mare o porre un cavo elettrico sotto il mare.
Quando poi l'elettrodotto arriva in prossimità di una città si usano dei trasformatori abbassatori, cioè trasformatori che portano la tensione da 380.000 Volt a 20.000 Volt. Poi all'interno delle città, vi è tutta una serie di trasformatori, messi nelle cabine elettriche, che trasformano la tensione dai 20.000 Volt ai 240 Volt della tensione usata nelle nostre case.
Attenzione che anche i 240 Volt sono pericolosi, cioè il filo di rame non si può toccare con le mani, ma deve essere rivestito da un materiale plastico isolante.
Tecnologia per la scuola media
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