Usina Nuclear Isar, Alemanha

Piscina de combustível nuclear usado

Turbina de uma usina nuclear

Turbina a vapor

Turbina a vapor

A turbina a vapor é uma máquina que explora a energia térmica do vapor sob pressão, tornando-se a energia mecânica útil através de uma expansão transformação termodinâmico. Especificamente, a turbina a vapor converte a energia interna do vapor em energia cinética de rotação.

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

Do ponto de vista termodinâmico, a eficiência máxima ocorre quando a expansão a vapor é um processo ideal (transformação reversível) no qual a pressão de vapor diminui, tornando-se trabalho mecânico, em um número infinito de etapas. A máquina alternativa de Watt foi de estágio único, e refinamentos subsequentes foram usados ​​na maioria dos dois ou três estágios (expansão dupla e tripla). Em contraste, as modernas turbinas a vapor alcançam alta eficiência térmica graças à presença de um maior número de estágios em série.

As turbinas a vapor são caras e exigem processos de fabricação avançados e materiais de alta qualidade. Além disso, eles têm uma alta eficiência ao operar a velocidades de milhares de rpm, portanto, se a carga girar em velocidades menores, 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 a um motor térmico alternativo de igual potência.

Aplicações de turbinas a vapor

As turbinas a vapor podem ser usadas para produzir eletricidade, acopladas a geradores, muitas vezes sem a necessidade de caixas de engrenagens. Neste caso, eles trabalham em regimes ideais, já que os geradores têm que girar a uma velocidade constante (3000 rpm para redes de 50 Hz e 3600 rpm para redes de 60 Hz, em alguns casos, especialmente em usinas nucleares, eles usam geradores de 4 pólos que giram a metade da velocidade). Além disso, a turbina a vapor, sendo uma máquina rotativa, é vantajosa como o motor de um gerador elétrico, uma vez que não requer nenhum elemento mecânico para transformar o movimento alternativo em um movimento rotativo.

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 as dimensões limitadas são uma vantagem. Locomotivas a vapor a hélice também foram construídas, mas sua difusão era muito limitada.

Geração de eletricidade com turbinas a vapor

Usinas baseadas na produção de vapor de alta temperatura (usinas térmicas, usinas nucleares, usinas geotérmicas, algumas usinas solares térmicas, etc.) usam turbinas a vapor conectadas a geradores elétricos para produzir cerca de 80% da eletricidade do país. 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 os reatores nucleares operam em temperaturas mais baixas e com menos pressão de gás do que usinas térmicas, eles geralmente operam a metade da velocidade de rotação, mas com geradores de 4 pólos.

Propulsão marítima baseada em turbinas a vapor

Nos barcos a propulsão baseada em turbinas a vapor apresenta múltiplas vantagens em relação aos motores térmicos de explosão: tamanho e menor peso para a mesma potência, menos manutenção e menos vibrações. 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 energia elétrica 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, isso é lucrativo, uma vez que os custos de consumo e manutenção de energia são menores do que os de um motor de combustão de potência equivalente.

Vale ressaltar 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 superam esse nível (especialmente em sistemas de propulsão marítima).

valoración: 3 - votos 1

Última revisão: 21 de novembro de 2018

Voltar