Motor a Vapor vs Turbina a Vapor
Enquanto a máquina a vapor e a turbina a vapor usam o grande calor latente de vaporização do vapor para a potência, a principal diferença é a rotação máxima por minuto dos ciclos de potência que ambas poderiam fornecer. Existe um limite para o número de ciclos por minuto que pode fornecer um pistão alternativo movido a vapor, inerente ao seu design.
Motores a vapor em locomotivas, normalmente possuem pistões de dupla ação acionados com vapor acumulado em ambas as faces alternadamente. O pistão é suportado com a haste do pistão conectada com uma cruzeta. A cabeça cruzada é ainda presa à haste de controle da válvula por uma ligação. As válvulas são para fornecimento do vapor, bem como, para exaustão do vapor utilizado. A potência do motor gerada com o pistão alternativo é convertida em movimento rotativo e transferida para as hastes de acionamento e as hastes de acoplamento que acionam as rodas.
Em turbinas, existem projetos de palhetas com aço para dar um movimento rotativo com o fluxo de vapor. É possível identificar três grandes avanços tecnológicos, que tornam as turbinas a vapor mais eficientes para as máquinas a vapor. Eles são a direção do fluxo de vapor, as propriedades do aço que é usado para fabricar as palhetas da turbina e o método de produção de “vapor supercrítico”.
A tecnologia moderna usada para direção de fluxo de vapor e padrão de fluxo é mais sofisticada em comparação com a tecnologia antiga de fluxo periférico. A introdução de golpe direto de vapor com pás em um ângulo que produz pouca ou quase nenhuma resistência traseira dá o máximo de energia do vapor ao movimento rotativo das pás da turbina.
O vapor supercrítico é produzido pressurizando o vapor normal de tal forma que as moléculas de água do vapor são forçadas a um ponto em que ele se torna mais como um líquido novamente, mantendo as propriedades do gás; isso tem uma excelente eficiência energética em comparação com o vapor quente normal.
Estes dois avanços tecnológicos foram realizados através do uso de aços de alta qualidade para a fabricação das palhetas. Assim, foi possível operar as turbinas em velocidades muito altas, suportando a alta pressão do vapor supercrítico para a mesma quantidade de energia que o vapor tradicional sem quebrar ou mesmo danificar as pás.
As desvantagens das turbinas são: pequenas taxas de turndown, que são a degradação do desempenho com a redução da pressão ou vazão do vapor, tempos de partida lentos, que é evitar choques térmicos nas lâminas de aço finas, grande capital custo e a alta qualidade do tratamento de água de alimentação exigente a vapor.
A principal desvantagem da máquina a vapor é a limitação da velocidade e a baixa eficiência. A eficiência normal do motor a vapor é de cerca de 10 a 15% e os motores mais novos são capazes de operar com eficiência muito maior, cerca de 35% com a introdução de geradores de vapor compactos e mantendo o motor em uma condição livre de óleo, aumentando a vida útil do fluido.
Para sistemas pequenos, a máquina a vapor é preferível às turbinas a vapor, pois a eficiência das turbinas depende da qualidade do vapor e da alta velocidade. A exaustão das turbinas a vapor está em temperatura muito alta e, portanto, baixa eficiência térmica também.
Com o alto custo do combustível usado para motores de combustão interna, o renascimento dos motores a vapor é visível atualmente. Os motores a vapor são muito bons em recapturar a energia residual de muitas fontes, incluindo a exaustão das turbinas a vapor. O calor residual da turbina a vapor é usado em usinas de energia de ciclo combinado. Além disso, permite descarregar o vapor residual como exaustão em temperaturas muito baixas.
