Differenza tra motore a vapore e turbina a vapore

Steam Engine vs Steam Turbine

Mentre, motore a vapore e turbina a vapore utilizzano il grande calore latente di vaporizzazione del vapore per la potenza, la differenza principale è la massima rotazione al minuto dei cicli di alimentazione che entrambi potrebbero fornire. Esiste un limite per il numero di cicli al minuto che potrebbe fornire un pistone alternativo azionato a vapore, inerente al suo design.

I motori a vapore nelle locomotive, normalmente hanno pistoni a doppio effetto che funzionano alternativamente con vapore accumulato su entrambe le facce. Il pistone è supportato da un'asta del pistone collegata con una testa a croce. La traversa viene inoltre fissata all'asta di controllo della valvola mediante un leveraggio. Le valvole servono per l'alimentazione del vapore e per lo scarico del vapore usato. La potenza del motore generata con il pistone alternativo viene convertita in un movimento rotatorio e trasferita alle aste di trascinamento e alle aste di accoppiamento che azionano le ruote.

Nelle turbine, ci sono disegni di palette con acciai per dare un movimento rotatorio con il flusso di vapore. È possibile identificare tre importanti progressi tecnologici, che rendono le turbine a vapore più efficienti per i motori a vapore. Sono la direzione del flusso di vapore, le proprietà dell'acciaio utilizzato per fabbricare le palette della turbina e il metodo per produrre "vapore supercritico".

La moderna tecnologia utilizzata per la direzione del flusso di vapore e il modello di flusso è più sofisticata rispetto alla vecchia tecnologia del flusso periferico. L'introduzione del colpo diretto del vapore con le lame ad angolo che produce poco o quasi nessuna resistenza alla schiena dà la massima energia del vapore al movimento rotatorio delle pale della turbina.

Il vapore supercritico viene prodotto pressurizzando il vapore normale in modo tale che le molecole d'acqua del vapore siano forzate a un punto tale da ridiventare più liquido, pur mantenendo le proprietà del gas; questo ha un'efficienza energetica eccellente rispetto al normale vapore caldo.

Questi due progressi tecnologici sono stati realizzati attraverso l'uso di acciai di alta qualità per la fabbricazione delle palette. Quindi, è stato possibile far funzionare le turbine a velocità molto elevate resistendo all'elevata pressione del vapore supercritico per la stessa quantità di energia della tradizionale potenza del vapore senza rompere o addirittura danneggiare le lame.

Gli svantaggi delle turbine sono: piccoli rapporti di turndown, che sono il degrado delle prestazioni con la riduzione della pressione del vapore o delle portate, tempi di avvio lenti, che è quello di evitare shock termici in sottili lame d'acciaio, grandi costi di capitale e l'alto qualità del vapore che richiede un trattamento dell'acqua di alimentazione.

Lo svantaggio principale del motore a vapore è la sua limitazione della velocità e della bassa efficienza. L'efficienza del motore a vapore normale è di circa il 10 - 15% e i più recenti motori sono in grado di funzionare con un'efficienza molto più elevata, circa il 35% con l'introduzione di generatori di vapore compatto e mantenendo il motore in una condizione priva di olio, aumentando così la durata del fluido.

Per i sistemi piccoli, il motore a vapore è preferito alle turbine a vapore poiché l'efficienza delle turbine dipende dalla qualità del vapore e dall'alta velocità. Lo scarico delle turbine a vapore ha una temperatura molto elevata e quindi anche una bassa efficienza termica.

Con l'alto costo del carburante utilizzato per i motori a combustione interna, la rinascita dei motori a vapore è attualmente visibile. I motori a vapore sono ottimi per recuperare l'energia residua da molte fonti, tra cui lo scarico delle turbine a vapore. Il calore di scarto della turbina a vapore è utilizzato nelle centrali a ciclo combinato. Permette inoltre di scaricare il vapore residuo come scarico a temperature molto basse.