Uma turbina a vapor é uma máquina que explora a energia térmica do vapor em alta pressão. A energia térmica é convertida em energia mecânica útil por meio de uma transformação termodinâmica de expansão. A turbina a vapor transforma a energia interna do vapor em energia cinética rotacional.
A turbina a vapor prevaleceu completamente sobre a máquina a vapor graças à melhor eficiência térmica e à melhor relação potência / peso.
A eficiência máxima ocorre quando a expansão do vapor é um processo ideal. Nesse caso, a pressão do vapor diminui e se torna trabalho mecânico, em um número infinito de etapas.
Uma forma de classificar os diferentes tipos de turbinas é de acordo com seu grau de reação:
Turbinas de ação: A expansão é realizada nas pás fixas.
Turbinas de reação: A expansão pode ser realizada tanto nas lâminas fixas como nas móveis.
As turbinas a vapor geralmente funcionam em circuito fechado. A entrada de vapor é regulada pelas válvulas de entrada. Na saída da turbina, geralmente há um condensador de vapor.
Para que servem as turbinas a vapor?
Existem diferentes usos para as turbinas, dependendo de como você deseja usar a energia do vapor.
1. Usinas termelétricas e geração de eletricidade
As turbinas a vapor podem ser utilizadas para produzir eletricidade, acoplada a geradores, muitas vezes sem a necessidade de caixas de engrenagens. Alguns exemplos são usinas nucleares, usinas movidas a carvão e algumas usinas de energia solar térmica.
Todas as usinas termelétricas juntas geram cerca de 80% da eletricidade do mundo.
Nesse caso, funcionam em regimes ideais, pois os geradores devem girar em velocidade constante.
Além disso, a turbina a vapor também pode funcionar como o motor de um gerador elétrico. A principal vantagem é que não requer nenhum membro mecânico que transforme o movimento alternativo em rotativo.
As turbinas para produção de eletricidade geralmente acoplam o eixo da turbina ao seu gerador.
Como os reatores nucleares operam em temperaturas mais baixas e com menos pressão de gás do que as usinas térmicas, eles geralmente operam com metade da velocidade de rotação.
2. Processos industriais
Outro campo em que as turbinas a vapor são usadas é em fábricas como refinarias, fábricas de papel e outras fábricas onde altos níveis de vapor de processo são necessários.
A planta pode ser projetada de forma que faça uso da turbina a vapor para obter uma sinergia entre:
Produção de vapor
O de energia elétrica ou trabalho mecânico.
3. Turbinas a vapor para transporte
As turbinas a vapor também são usadas como motores marítimos em navios, onde as dimensões limitadas são uma vantagem. Locomotivas de turbina a vapor de propulsão também foram construídas, mas sua difusão era muito limitada.
Em navios, a propulsão baseada em turbina a vapor tem múltiplas vantagens sobre os motores de combustão interna:
Tamanho e peso menores para a mesma potência
Menos manutenção
Menos vibrações.
No entanto, uma turbina a vapor só é eficiente em altas velocidades de rotação. Isso requer transmissões precisas e complexas (e de alto custo).
Uma alternativa é o uso de propulsão turboelétrica. Nesse sistema, as turbinas geram energia elétrica como em uma usina. A energia obtida é utilizada para movimentar motores elétricos que acionam as hélices.
