La turbina Tesla va ser inventada per Nikola Tesla l’any 1909. Es tracta d’una categoria especial de turbines que no tenen cap fulla. A diferència d'altres turbines com Kaplan, etc., aquesta turbina té aplicacions limitades i específiques. Però a causa de les seves consideracions de disseny, és una de les turbines versàtils. La seva invenció ha donat lloc a moltes aplicacions d’enginyeria importants. Funciona sobre el principi de l’efecte de la capa límit, on a causa del flux d’aire, la turbina gira. La millor part d'aquesta turbina és que pot aconseguir una eficiència de fins al 80%. El seu abast de velocitat es pot assolir fins al nivell de 80.000 rpm per a màquines classificades petites. Concretament, no es pot utilitzar aquesta turbina central elèctrica operacions però es poden utilitzar per a aplicacions generals com bombes, etc.
Diagrama de la turbina Tesla
L’estructura bàsica de la turbina Tesla es mostra a la figura. Consisteix en una turbina sense aspes que té una entrada a través d’un broquet de canonada d’aire. El cos de la turbina té dues sortides, una per a l’entrada de l’aire i l’altra per a la sortida de l’aire. A part, el disc giratori consta de 3 a 4 capes, que s’uneixen entre si. Hi ha un buit d’aire prim entre les capes per on passa l’aire a una velocitat molt alta.
Turbina Tesla
El disc giratori té dues cares, la cara exterior i la cara posterior. En ambdós aspectes, no hi ha marge perquè l’aire flueixi fora del cos de la turbina. L’aire només pot entrar per la canonada d’entrada i alliberar-se per la canonada de sortida. El cos de la turbina està format per rotors de disc múltiple units entre si. Tots els discos del rotor estan units entre si en un eix comú on el disc pot girar.
Hi ha una carcassa exterior per col·locar els discos. Els discos normalment es connecten mitjançant cargols. La part frontal i la part posterior tenen ports de sortida d’escapament pels quals l’aire pot sortir del cos de la turbina. La col·locació dels forats es fa de manera que es crea un vòrtex d'aire d'entrada.
Teoria de la turbina Tesla
L’entrada a les pales del rotor és aire a alta pressió. Utilitzant una mànega d’aire connectada a l’entrada de la xarxa turbina , l’aire es fa entrar al cos que consisteix en discos de rotor que es col·loquen a l’eix i es poden girar fàcilment. Quan l’aire entra a l’habitatge de la turbina es veu obligat a crear un vòrtex a causa de la forma de la turbina.
Vòrtex significa una massa d’aire remolí com en un remolí o remolí. A causa de la creació d’un vòrtex, l’aire és capaç de girar a velocitats molt altes. La formació d’un vòrtex és fonamental a causa del disseny de la turbina. La font i el cos de la tapa posterior de la turbina es col·loquen de manera que l'aire ha de sortir pels forats presents a les cobertes anteriors i posteriors.
La sortida de l’aire en aquesta naturalesa crea un remolí d’aire. I fa girar la turbina. Quan les molècules d’aire passen pel disc, creen un arrossegament al disc. Aquest arrossegament fa baixar la turbina i la fa girar. Es pot observar que la turbina pot girar en ambdues direccions. Només depèn de quina canonada d’entrada s’utilitzi per a l’entrada d’aire.
Disseny de turbines Tesla
El disseny consta de dues canonades d’entrada, que es connecten a la mànega d’aire. De les dues entrades, es pot utilitzar qualsevol persona com a entrada. A l'interior del cos, es col·loquen els discos del rotor que s'uneixen amb l'ajut de cargols. Tots els discos es col·loquen en un eix comú que està connectat al cos exterior.
Per exemple, si s’utilitza com a bomba, l’eix es connecta al motor. Entre els discos hi ha un buit d’aire prim, per on flueix l’aire i fa girar els discos. A causa de la bretxa d'aire, les molècules d'aire són capaces de crear un arrossegament al disc. La coberta frontal i posterior té 4-5 forats a través dels quals es pot passar l’aire d’entrada a l’atmosfera. Els forats es col·loquen de manera que es crea un vòrtex i l'aire pot girar a una velocitat molt alta.
Disseny de turbines
A causa d'aquest aire d'alta velocitat, exerceix una arrossegament d'alta velocitat sobre el disc i fa que el disc giri a velocitats molt altes. La bretxa del disc és un dels paràmetres crítics per al disseny i l'eficiència de la turbina. La mida òptima de la bretxa necessària per mantenir la capa de bretxa depèn de velocitat perifèrica del disc.
Càlculs de disseny de turbines
Molts aspectes del disseny són importants per aconseguir una alta eficiència. Alguns dels principals càlculs de disseny són
El fluid de treball o l’aire d’entrada ha de tenir una pressió mínima. Si es tracta d’aigua, s’espera que la pressió sigui com a mínim de 1000 kg per metre de cub. La velocitat perifèrica ha de ser de 10 a 6 metres quadrats per segon.
La bretxa entre el disc es calcula en funció de la velocitat angular i la velocitat perifèrica del disc. Depèn del paràmetre pollhausen que es basa constantment en les velocitats. El cabal de cada disc es calcula com a producte de l’àrea de la secció transversal de cada disc i de la seva velocitat. A partir de les dades, s’estima el nombre de discos. De nou, el diàmetre del disc també és important per tenir una bona eficiència.
Eficiència de la turbina Tesla
L’eficiència ve donada per la relació de potència de l’eix de sortida a la potència de l’eix d’entrada
L'eficiència depèn de molts factors, com ara el diàmetre de l'eix, la velocitat de les pales, el nombre de pales, la càrrega connectada a l'eix, etc. En general, l'eficiència de la turbina és alta en comparació amb altres turbines convencionals. Per a aplicacions petites, l’eficiència pot arribar fins al 97%.
Com funciona la turbina?
La turbina Tesla treballa en el concepte de capa límit. Consta de dues entrades. En general, l’aigua de l’aire s’utilitza com a entrada de la turbina. El cos de la turbina està format per discs de rotor que s’uneixen amb l’ajut de cargols. Tots els discos es col·loquen en un eix comú. El cos de la turbina consta de dues caixes, la carcassa frontal i la carcassa posterior. A cada carcassa hi ha de 4 a 4 forats. Tots aquests factors, com el nombre de discs, el diàmetre del disc, etc., juguen un paper important en l'avaluació de l'eficiència de la turbina.
Funcionament de la turbina
Quan es deixa fluir l’aire pel tub de la mànega, entra al cos de la turbina. Dins del cos de la turbina, es col·loquen discos connectats entre si. Entre els discos hi ha un buit d’aire prim. Quan les molècules d’aire entren al cos de la turbina exerceixen un arrossegament sobre els discos. A causa d’aquest arrossegament, els discs comencen a girar.
Les carcasses anteriors i posteriors consten de forats de manera que quan entra aire surt a través d'aquests forats. Els forats es col·loquen de manera que s’estableixi un remolí d’aire o aigua dins del cos del disc. Cosa que fa que l’aire exerceixi més arrossegament sobre els discos. Això fa que els discs giren a una velocitat molt alta.
L’àrea de contacte entre el vòrtex i els discos és baixa a velocitats baixes. Però a mesura que l’aire guanya velocitat, aquest contacte augmenta, cosa que permet que els discos giren a una velocitat molt alta. La força centrífuga dels discs intenta empènyer l'aire cap a l'exterior. Però l’aire no té recorregut, excepte els forats de les carcasses anteriors i posteriors. Això fa que l’aire surti i el vòrtex es faci més fort. La velocitat dels discos és gairebé igual a la velocitat del flux d’aire.
Avantatges i desavantatges de la turbina Tesla
Els avantatges són
- Molt alta eficiència
- El cost de producció és menor
- Disseny senzill
- Es pot girar en ambdues direccions
Els desavantatges són
- No és factible per a aplicacions d’alta potència
- Per a una alta eficiència, el cabal ha de ser petit
- L'eficiència depèn de l'entrada i sortida dels fluids de treball.
Aplicacions
La turbina de Tesla, a causa de la seva potència de sortida i especificacions, té aplicacions limitades. Alguns d’ells s’esmenten a continuació.
- Compressió de líquids
- Bombes
- Aplicacions de turbines tipus paletes
- Bombes de sang
Per tant, hem vist els aspectes constructius, el principi de funcionament, el disseny i les aplicacions de les turbines Tesla. El seu principal inconvenient és que, ja que és compacte i de petites dimensions, té aplicacions limitades sobre turbines convencionals com la turbina Kaplan. Com que la seva eficiència és molt alta, cal pensar que com Turbines Tesla es pot fer que tingui aplicacions importants com a les centrals elèctriques. Això suposaria un gran impuls per a les plantes de baixa eficiència.
