Máquina de vapor frente a turbina de vapor
Si bien la máquina de vapor y la turbina de vapor utilizan el gran calor latente de vaporización del vapor para generar energía, la principal diferencia es la revolución máxima por minuto de los ciclos de energía que ambas pueden proporcionar. Existe un límite para el número de ciclos por minuto que podría proporcionar un pistón alternativo accionado por vapor, inherente a su diseño.
Los motores de vapor en locomotoras, normalmente tienen pistones de doble acción que funcionan con vapor acumulado en ambas caras alternativamente. El pistón está soportado por un vástago de pistón conectado con una cruceta. La cruceta se une además a la varilla de control de la válvula mediante un enlace. Las válvulas son para el suministro de vapor, así como para el escape del vapor usado. La potencia del motor generada con el pistón alternativo se convierte en un movimiento giratorio y se transfiere a las varillas de transmisión y las varillas de acoplamiento que impulsan las ruedas.
En las turbinas, existen diseños de paletas con aceros para dar un movimiento giratorio con el flujo de vapor. Es posible identificar tres grandes avances tecnológicos, que hacen que las turbinas de vapor sean más eficientes que las máquinas de vapor. Son la dirección del flujo de vapor, las propiedades del acero que se utiliza para fabricar las paletas de la turbina y el método de producción de "vapor supercrítico".
La tecnología moderna utilizada para la dirección del flujo de vapor y el patrón de flujo es más sofisticada en comparación con la antigua tecnología de flujo periférico. La introducción del golpe directo de vapor con álabes en un ángulo que produce poca o casi ninguna resistencia trasera da la máxima energía del vapor al movimiento giratorio de los álabes de la turbina.
El vapor supercrítico se produce presurizando el vapor normal de tal manera que las moléculas de agua del vapor son forzadas a un punto en el que se vuelve más como un líquido nuevamente, mientras retiene las propiedades del gas; Esto tiene una excelente eficiencia energética en comparación con el vapor caliente normal.
Estos dos avances tecnológicos se realizaron mediante el uso de aceros de alta calidad para fabricar las paletas. Por lo tanto, fue posible hacer funcionar las turbinas a velocidades muy altas, soportando la alta presión del vapor supercrítico con la misma cantidad de energía que la energía de vapor tradicional sin romper o incluso dañar las palas.
Las desventajas de las turbinas son: pequeñas relaciones de reducción, que son la degradación del rendimiento con la reducción de la presión del vapor o las tasas de flujo, tiempos de arranque lentos, que es para evitar choques térmicos en las palas de acero delgadas, gran capital costo y la alta calidad del vapor que exige el tratamiento del agua de alimentación.
La principal desventaja de la máquina de vapor es su limitación de la velocidad y la baja eficiencia. La eficiencia normal del motor de vapor es de alrededor del 10 al 15 % y los motores más nuevos son capaces de operar con una eficiencia mucho mayor, alrededor del 35 % con la introducción de generadores de vapor compactos y manteniendo el motor en una condición libre de aceite, lo que aumenta la vida útil del fluido.
Para sistemas pequeños, se prefiere la máquina de vapor a las turbinas de vapor, ya que la eficiencia de las turbinas depende de la calidad del vapor y la alta velocidad. El escape de las turbinas de vapor está a muy alta temperatura y, por lo tanto, también tiene una baja eficiencia térmica.
Con el alto costo del combustible utilizado para los motores de combustión interna, el renacimiento de las máquinas de vapor es visible en la actualidad. Las máquinas de vapor son muy buenas para recuperar la energía residual de muchas fuentes, incluido el escape de las turbinas de vapor. El calor residual de la turbina de vapor se utiliza en centrales eléctricas de ciclo combinado. Además, permite descargar el vapor residual como escape a temperaturas muy bajas.
