Una turbina de vapor és una màquina que explota l'energia tèrmica del vapor a alta pressió. L'energia tèrmica es converteix en energia mecànica útil a través d'una transformació termodinàmica d'expansió. La turbina de vapor transforma l'energia interna del vapor en energia cinètica de rotació.
La turbina de vapor s'ha imposat per complet a la màquina de vapor gràcies a la millor eficiència tèrmica ia la millor relació potència / pes.
L'eficiència màxima es produeix quan l'expansió del vapor és un procés ideal. En aquest cas la pressió de vapor disminueix i es converteix en treball mecànic, en un nombre infinit d'etapes.
Una forma de classificar els diferents tipus de turbines és segons el seu grau de reacció:
Turbines d'acció: L'expansió es realitza en els àleps fixos.
Turbines de reacció: L'expansió pot realitzar-se tant en els àleps fixos com en els àleps mòbils.
Les turbines de vapor solen treballar en un circuit tancat. L'entrada de vapor es regula mitjançant les vàlvules d'entrada. A la sortida de la turbina, hi sol haver un condensador de vapor.
Per a què serveixen les turbines de vapor?
Hi ha diferents usos de turbines depenent de com es vulgui utilitzar l'energia de vapor.
1. Centrals tèrmiques i generació d'electricitat
Les turbines de vapor poden usar-se per a produir electricitat, acoblades a generadors, sovint sense la necessitat de caixes d'engranatges. Alguns exemples són les centrals nuclears, les centrals tèrmiques de carbó i algunes plantes d'energia solar tèrmica.
El conjunt de totes les centrals tèrmiques generen prop del 80% de l'electricitat en el món.
En aquest cas, funcionen en règims ideals, ja que els generadors han de girar a una velocitat constant.
A més, la turbina de vapor també pot funcionar com a motor d'un generador elèctric. El principal avantatge és que no requereix cap membre mecànic que transforma el moviment alternatiu en un rotatiu.
Les turbines per a producció elèctrica solen acoblar l'eix de la turbina al seu generador.
Com els reactors nuclears operen a temperatures més baixes i amb menys pressió de gas que les centrals tèrmiques solen operar a la meitat de velocitat de rotació.
2. Processos industrials
Un altre camp en què es fan servir les turbines de vapor és en plantes com refineries, fàbriques de paper i altres plantes on es requereixen alts nivells de vapor de procés.
La planta pot dissenyar-se de tal manera que faci ús de la turbina de vapor per obtenir una sinèrgia entre:
La producció de vapor
La d'energia elèctrica o treball mecànic.
3. Turbines de vapor per al transport
Les turbines de vapor també s'utilitzen com a motors marins en els vaixells, on les limitades dimensions són un avantatge. També es van construir locomotores de turbina de vapor propulsores, però la seva difusió va ser molt limitada.
En els vaixells la propulsió basada en turbines de vapor té múltiples avantatges respecte als motors tèrmics d'explosió:
Mida i pes menor per a la mateixa potència
menys manteniment
Menys vibracions.
No obstant això, una turbina de vapor només és eficient a altes velocitats de rotació. Per això són necessàries transmissions precises i complexes (i amb un cost elevat).
Una alternativa és l'ús de propulsió turbo-elèctrica. En aquest sistema, les turbines generen energia elèctrica com en una central energètica. L'energia que s'obté s'utilitza per alimentar motors elèctrics que mouen les hèlixs.
