Una turbina de vapor és una màquina que converteix lenergia tèrmica del vapor en energia mecànica.
Al llarg de la història, la turbina de vapor s'ha imposat completament a la màquina de vapor gràcies a la millor eficiència tèrmica ia la millor relació potència/pes.
Una forma de classificar els diferents tipus de turbines és segons el grau de reacció:
-
Turbines d'acció: L'expansió es fa als àleps fixos.
-
Turbines de reacció: L'expansió es pot fer tant als àleps fixos com als 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.
Com funciona una turbina de vapor?
Una turbina de vapor transforma l'energia interna del vapor en energia cinètica. Aquest procés es realitza de la següent manera:
-
Generació de vapor: Es fa servir un generador de vapor per escalfar aigua fins que es converteix en vapor a alta pressió i temperatura. En cas d'una central nuclear, s'obté mitjançant una reacció d'energia nuclear.
-
El vapor generat es dirigeix cap a la turbina de vapor mitjançant una canonada d'alta pressió.
-
El flux de vapor entra a l'estator, que és la carcassa de la turbina. L'estator està dividit en seccions per mitjà d'unes guies fixes anomenades àleps. Aquests àleps fan que el vapor entri a la roda de la turbina en la direcció correcta.
-
La roda o rotor de la turbina té una sèrie d'àleps a la seva circumferència. Quan el vapor entra en contacte amb aquests àleps, el vapor empeny les pales del rotor, fent que la roda comenci a girar.
-
Generació d'energia mecànica: El rotor està connectat a un eix que transmet l'energia mecànica a la maquinària que es pretén fer funcionar, com ara un generador elèctric. Així, el vapor es transforma en energia mecànica.
-
Descàrrega del vapor: Quan el vapor ha passat a través de la turbina, es dirigeix cap a un condensador on es condensa de nou en aigua. Després, l'aigua es recircula de tornada al generador de vapor per tornar-la a escalfar i així reiniciar el cicle.
Parts duna turbina de vapor
Les principals parts d'un conjunt d'una turbina de vapor són:
-
Carcassa: És l'estructura externa de la turbina que conté totes les parts internes.
-
Àlabes de la carcassa: Aquests són els àleps fixos que estan muntats a la carcassa i dirigeixen el flux de vapor a través de la turbina.
-
Rotor: És la part central de la turbina que està connectada a un eix i gira a alta velocitat.
-
Àleps del rotor: Són els àleps mòbils que estan muntats al rotor i es mouen amb ell. Aquests àleps converteixen lenergia tèrmica del vapor en energia cinètica en dirigir el flux de vapor cap a la direcció adequada.
-
Eix: És el component que connecta el rotor a altres dispositius mecànics, com ara un generador elèctric.
-
Caixa d´engranatges: S´utilitza per ajustar la velocitat del rotor per adaptar-la a les necessitats del generador elèctric.
-
Segells de la carcassa: Aquests són dispositius que eviten la fugida de vapor a través de la carcassa i mantenen la pressió del vapor al seu interior.
-
Sistema de lubricació: És necessari per mantenir els components mòbils de la turbina funcionant suaument i reduir la fricció i el desgast.
-
Sistema de control: És el conjunt de components que controlen la velocitat i la potència de la turbina en funció de la demanda denergia elèctrica.
Aplicacions de les turbines de vapor
Hi ha diferents usos de turbines depenent de com es vulgui fer servir l'energia del vapor. Alguns exemples d'aplicacions que utilitzen turbines de vapor són:
1. Centrals tèrmiques i generació delectricitat
Les turbines de vapor es poden fer servir per 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 denergia solar tèrmica.
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.
3. Turbines de vapor per al transport
Les turbines de vapor també s'utilitzen com a motors marins als vaixells, on les limitades dimensions són un avantatge. També es van construir locomotores de turbina de vapor propulsores, però la difusió va ser molt limitada.