Una turbina de vapor es una máquina que explota la energía térmica del vapor a alta presión. La energía térmica se convierte en energía mecánica útil a través de una transformación termodinámica de expansión. La turbina de vapor transforma la energía interna del vapor en energía cinética de rotación.
La turbina de vapor se ha impuesto por completo a la máquina de vapor gracias a la mejor eficiencia térmica y a la mejor relación potencia / peso.
La eficiencia máxima se produce cuando la expansión del vapor es un proceso ideal. En este caso la presión del vapor disminuye y se convierte en trabajo mecánico, en un número infinito de etapas.
Una forma de clasificar los diferentes tipos de turbinas es según su grado de reacción:
Turbinas de acción: La expansión se realiza en los álabes fijos.
Turbinas de reacción: La expansión puede realizarse tanto en los álabes fijos como en los álabes móviles.
Las turbinas de vapor suelen trabajar en un circuito cerrado. La entrada de vapor se regula mediante las válvulas de entrada. En la salida de la turbina, suele haber un condensador de vapor.
¿Para qué sirven las turbinas de vapor?
Existen diferentes usos de turbinas dependiendo de como se quiera utilizar la energía del vapor.
1. Centrales térmicas y generación de electricidad
Las turbinas de vapor pueden usarse para producir electricidad, acopladas a generadores, a menudo sin la necesidad de cajas de engranajes. Algunos ejemplos son las centrales nucleares, las centrales térmicas de carbón y algunas plantas de energía solar térmica.
El conjunto de todas las centrales térmicas generan cerca del 80% de la electricidad en el mundo.
En este caso, funcionan en regímenes ideales, ya que los generadores tienen que girar a una velocidad constante.
Además, la turbina de vapor también puede funcionar como motor de un generador eléctrico. La principal ventaja es que no requiere ningún miembro mecánico que transforma el movimiento alternativo en uno rotativo.
Las turbinas para producción eléctrica suelen acoplar el eje de la turbina a su generador.
Como los reactores nucleares operan a temperaturas más bajas y con menos presión de gas que las centrales térmicas suelen operar a la mitad de velocidad de rotación.
2. Procesos industriales
Otro campo en que se usan las turbinas de vapor es en plantas como refinerías, fábricas de papel y otras plantas donde se requieren altos niveles de vapor de proceso.
La planta puede diseñarse de tal manera que haga uso de la turbina de vapor para obtener una sinergia entre:
La producción de vapor
La de energía eléctrica o trabajo mecánico.
3. Turbinas de vapor para el transporte
Las turbinas de vapor también se utilizan como motores marinos en los barcos, donde las limitadas dimensiones son una ventaja. También se construyeron locomotoras de turbina de vapor propulsoras, pero su difusión fue muy limitada.
En los barcos la propulsión basada en turbinas de vapor tiene múltiples ventajas respecto a los motores térmicos de explosión:
Tamaño y peso menor para la misma potencia
Menos mantenimiento
Menos vibraciones.
Sin embargo, una turbina de vapor sólo es eficiente a altas velocidades de rotación. Para ello son necesarias transmisiones precisas y complejas (y con un coste elevado).
Una alternativa es el uso de propulsión turbo-eléctrica. En este sistema, las turbinas generan energía eléctrica como en una central energética. La energía que se obtiene se utiliza para alimentar motores eléctricos que mueven las hélices.
