Concetti Chiave
- Le centrali termoelettriche convertono l'energia chimica di un combustibile in energia elettrica attraverso processi termici e meccanici.
- Nelle centrali termonucleari, il calore necessario è generato dalla fissione nucleare controllata, utilizzando una miscela di uranio come combustibile.
- Le centrali termoelettriche utilizzano bruciatori, caldaie, turbine, alternatori e impianti di raffreddamento per il funzionamento continuo e a lungo termine.
- Un vantaggio delle centrali termoelettriche è la capacità di erogare grandi potenze, ma sono anche una fonte significativa di inquinamento.
- Le centrali termonucleari sfruttano barre di controllo per gestire la reazione nucleare e produrre calore, che viene poi utilizzato per generare vapore e azionare le turbine.
Indice
Funzionamento delle centrali termoelettriche
Le centrali termoelettriche sono degli impianti in cui l’energia chimica di un combustibile viene prima trasformata in energia termica, poi in energia meccanica e per ultima cosa in energia elettrica.
Se il combustibile è nucleare vengono chiamate centrali termonucleari.
Nelle centrali termoelettriche a vapore si sfrutta l’energia del vapore prodotto in una caldaia dove si brucia un combustibile che può essere di tipo: carbone, metano, olio combustibile o nafta.
Componenti e ciclo delle centrali
Queste centrali hanno più elementi essenziali: bruciatore, caldaia, turbina, alternatore e impianto di raffreddamento.
Il bruciatore incendia il combustibile (carbone macinato in polvere finissima) miscelato con l’aria nella caldaia, l’acqua che scorre nelle serpentine si surriscalda trasformandosi in vapore.
Il vapore surriscaldato e, ad alta pressione, viene incanalato alla turbina. Il vapore colpisce le sue pale facendole ruotare ad altissima velocità (3000 giri/minuto).
La turbina è collegata a sua volta a un alternatore che, trascinato in rotazione, genera elettricità.
Nel condensatore il vapore si raffredda e torna nella caldaia in forma d’acqua.
Finito tutto il processo si ripete il ciclo.
Vantaggi e svantaggi delle centrali
Gli impianti termoelettrici sono solitamente installati vicino a dei grandi centri di consumo e hanno bisogno di adeguati rifornimenti d’acqua (come per esempio laghi, fiumi, mare) per la produzione del vapore e per l’adeguato raffreddamento.
Gli impianti termoelettrici hanno sia dei vantaggi che degli svantaggi:
I vantaggi: sono in grado di erogare grandi potenze che funzionano in continuo e per lunghi periodi.
Possono essere riadattate all’occorrenza a un combustibile diverso.
Gli svantaggi: hanno quantità elevate di inquinanti (fumi, anidride carbonica che causa l’effetto serra) e anche se molte centrali termoelettriche sono state convertite al gas naturale (meno inquinante) restano ancora quelle a carbone.
Centrali termonucleari e fissione nucleare
Come la centrale termoelettrica, la centrale termonucleare si basa sulla produzione di vapore per azionare il sistema turbina-alternatore.
Il calore però in questo caso, a differenza delle centrali termoelettriche, viene ottenuto dalla fissione nucleare controllata all’interno del reattore, ossia l’elemento chiave di una centrale termonucleare, racchiuso in un edificio costituito da diversi gusci di contenimento in calcestruzzo e acciaio.
Il combustibile è composto da una miscela di uranio 238 e uranio 235.
Per tenere la reazione sotto controllo si usano delle barre di controllo che vengono abbassate, più o meno in profondità all'interno del nocciolo, tra le barre di combustibile (costituite da leghe di argento, cadmio e indio) che assorbono facilmente i neutroni e limitano l'innesco della reazione.
Il calore prodotto riscalda il fluido di raffreddamento del reattore, in genere acqua, che consente di produrre vapore per azionare le turbine.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza principale tra una centrale termoelettrica e una centrale termonucleare?
- Quali sono gli elementi essenziali di una centrale termoelettrica?
- Quali sono i vantaggi delle centrali termoelettriche?
- Quali sono gli svantaggi delle centrali termoelettriche?
La differenza principale risiede nella fonte di calore: le centrali termoelettriche utilizzano la combustione di combustibili fossili, mentre le centrali termonucleari sfruttano la fissione nucleare controllata.
Gli elementi essenziali includono il bruciatore, la caldaia, la turbina, l'alternatore e l'impianto di raffreddamento.
I vantaggi includono la capacità di erogare grandi potenze in modo continuo e per lunghi periodi, e la possibilità di adattarsi a diversi combustibili.
Gli svantaggi comprendono l'emissione di elevate quantità di inquinanti, come fumi e anidride carbonica, che contribuiscono all'effetto serra.
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