Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Turbina a vapor

Turbina a vapor

[Una turbina de vapor es una máquina que explota la energía térmica del vapor bajo presión, convirtiéndola en energía mecánica útil a través de una transformación termodinámica de expansión. Concretamente, la turbina de vapor convierte la energía interna del vapor en energía cinética de rotación.]

A turbina a vapor, graças à mais alta eficiência térmica e à melhor relação potência / peso, substituiu completamente o motor a vapor, que foi um motor alternativo inventado por Thomas Newcomen e melhorado significativamente por James Watt.

De um ponto de vista termodinâmico, a eficiência máxima ocorre quando o processo de expansão de vapor é um ideal (transformação reversível) na qual a pressão de vapor diminui, tornando o trabalho mecânico num número infinito de fases. A máquina alternativa Watt foi fase única, e refinamentos subsequentes usados na maioria dos dois ou três fases (duplos e triplos de expansão). No entanto, modernas turbinas a vapor atingir alta eficiência, graças térmicos para a presença de um maior número de fases em série.

As turbinas a vapor são caras e exigem processos de fabricação avançados e materiais de alta qualidade. Além disso, eles têm alta eficiência quando operam a velocidades de milhares de rpm, portanto, se a carga girar em velocidades mais baixas, é necessária uma caixa de câmbio. No entanto, se a potência instalada for alta, os altos custos de investimento são compensados pelo fato de que a turbina a vapor consome menos combustível, requer menos manutenção e é menor em comparação com um motor térmico alternativo de igual potência.

Aplicações de turbinas a vapor

Turbinas a vapor pode ser usado para produzir eletricidade, acoplados a geradores, muitas vezes sem a necessidade de caixas de engrenagens. Neste caso, a operar em sistemas ideais como geradores deve rodar a uma velocidade constante (3000 rpm durante 50 redes Hz e 3600 rpm durante 60 Hz grades em alguns casos, em particular em centrais nucleares, utilizando geradores 4 pólos rotativos a metade da velocidade). Além disso, a turbina de vapor, quando uma máquina rotativa é vantajoso como um motor gerador eléctrico, e que não exige nenhum membro mecânico rotativo transformar a um movimento de vaivém.

Outro campo típico de aplicação para turbinas a vapor é em usinas como refinarias, fábricas de papel, usinas de dessalinização e outras usinas onde altos níveis de vapor de processo são necessários. A usina pode ser projetada de tal forma que utilize a turbina a vapor para obter uma sinergia entre a produção de vapor e a de energia elétrica ou trabalho mecânico.

As turbinas a vapor também são usadas como motores marítimos em navios, onde dimensões limitadas são uma vantagem. Locomotivas a vapor a hélice também foram construídas, mas sua difusão era muito limitada.

Produção de eletricidade

As usinas de energia baseadas na produção de vapor de alta temperatura (usinas térmicas, usinas nucleares, usinas de energia geotérmica, algumas usinas solares térmicas, etc.) usam turbinas a vapor conectadas a geradores elétricos para produzir cerca de 80% da eletricidade do planeta.

 

As turbinas para produção elétrica são geralmente acopladas diretamente ao seu gerador.

Como os geradores devem girar em velocidades síncronas em relação à freqüência do sistema elétrico, as velocidades de rotação mais comuns são de 3.000 rpm para sistemas de 50 Hz e 3.600 rpm para sistemas de 60 Hz.

Como reactores nucleares operam a temperaturas mais baixas e com menor pressão usinas gás operam tipicamente a metade da velocidade de rotação, mas com os geradores de quatro pólos.

Propulsão marinha

Em barcos, a propulsão a turbina a vapor tem múltiplas vantagens sobre os motores de explosão térmica: menor tamanho e peso para a mesma potência, menos manutenção e menos vibração. No entanto, uma turbina a vapor é eficiente apenas com velocidades de rotação elevadas (na ordem dos milhares de rotações por minuto), enquanto a maioria das hélices são concebidos para funcionar a menos do que 100 rpm. Isso requer transmissões precisas e complexas (e com alto custo).

Uma alternativa é o uso da propulsão turbo-elétrica, na qual as turbinas geram eletricidade como em uma usina de energia e isso é usado para alimentar motores elétricos que movem as hélices. Embora o custo de fabricação seja maior, é rentável, uma vez que o consumo de energia e os custos de manutenção são menores que os de um motor de combustão de potência equivalente.

Deve-se dizer que os motores a diesel são capazes de maior eficiência: as turbinas a vapor ainda não atingem uma eficiência de 50%, enquanto os motores a diesel freqüentemente excedem esse nível (especialmente em sistemas de propulsão marítima).

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Última revisão: 21 de novembro de 2018

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