Diferença entre motor a vapor e turbina a vapor

Steam Engine vs Steam Turbine

Enquanto o motor a vapor e a turbina a vapor usam o grande calor latente de vaporização do vapor para a energia, a principal diferença é a rotação máxima por minuto dos ciclos de energia que ambos poderiam fornecer. Existe um limite para o número de ciclos por minuto que poderia fornecer um pistão alternativo movido a vapor, inerente ao seu projeto.

Motores a vapor em locomotivas, normalmente têm pistões de dupla ação funcionando com vapor acumulado em ambas as faces como alternativa. O pistão é suportado com uma haste conectada com uma cabeça cruzada. A cabeça cruzada é ainda fixada à haste de controle da válvula por um link. As válvulas destinam-se ao fornecimento de vapor e também ao esgotamento do vapor usado. A potência do motor gerada com o pistão alternativo é convertida em um movimento rotativo e transferida para as hastes de acionamento e as hastes de acoplamento que acionam as rodas..

Nas turbinas, existem projetos de pás com aços 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 os motores a vapor. Eles são a direção do fluxo de vapor, as propriedades do aço usado para fabricar as pás da turbina e o método de produção de "vapor supercrítico".

A tecnologia moderna usada para a direção do fluxo de vapor e o padrão de fluxo é mais sofisticada em comparação com a antiga tecnologia de fluxo periférico. A introdução do golpe direto do vapor com pás em um ângulo que produz pouca ou quase nenhuma resistência às costas fornece a energia máxima do vapor ao movimento rotativo das pás da turbina.

O vapor supercrítico é produzido pressurizando o vapor normal, de modo que as moléculas de água do vapor são forçadas a um ponto em que se tornam mais como um líquido novamente, mantendo as propriedades do gás; isso tem excelente eficiência energética em comparação com o vapor quente normal.

Esses dois avanços tecnológicos foram realizados com o uso de aços de alta qualidade na 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 a energia a vapor tradicional, sem quebrar ou mesmo danificar as pás.

As desvantagens das turbinas são: pequenas taxas de abertura, que são a degradação do desempenho com a redução da pressão do vapor ou das taxas de fluxo, tempos de inicialização lentos, para evitar choques térmicos em lâminas de aço finas, grande custo de capital e alta qualidade do vapor que exige tratamento de água de alimentação.

A principal desvantagem do motor a vapor é a limitação da velocidade e a baixa eficiência. A eficiência normal do motor a vapor é de 10 a 15% e os motores mais novos são capazes de operar com uma 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 assim a vida útil do fluido.

Para sistemas pequenos, o motor a vapor é preferido 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 nos motores de combustão interna, o renascimento dos motores a vapor é visível no momento. Os motores a vapor são muito bons em recuperar o desperdício de energia de muitas fontes, incluindo a exaustão das turbinas a vapor. O calor residual da turbina a vapor é usado em usinas de ciclo combinado. Permite ainda descarregar o vapor residual como exaustor em temperaturas muito baixas.