Motore a vapore vs turbina a vapore
Mentre il motore a vapore e la turbina a vapore utilizzano il grande calore latente di vaporizzazione del vapore per l'alimentazione, la differenza principale è il numero massimo di giri al minuto dei cicli di alimentazione che entrambi potrebbero fornire. C'è un limite per il numero di cicli al minuto che potrebbero fornire un pistone alternativo a vapore, inerente al suo design.
I motori a vapore nelle locomotive, normalmente hanno pistoni a doppio effetto che funzionano alternativamente con il vapore accumulato su entrambe le facce. Il pistone è supportato con uno stelo collegato con una testa a croce. La testa a croce è ulteriormente fissata all'asta di controllo della valvola tramite un collegamento. Le valvole servono per l'alimentazione del vapore, nonché per lo scarico del vapore utilizzato. La potenza del motore generata con il pistone alternativo viene convertita in un movimento rotatorio e trasferita alle bielle di trasmissione e alle bielle di accoppiamento che azionano le ruote.
Nelle turbine, ci sono design a 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 rispetto ai motori a vapore. Sono la direzione del flusso del vapore, le proprietà dell'acciaio utilizzato per fabbricare le pale della turbina e il metodo per produrre "vapore supercritico".
La moderna tecnologia utilizzata per la direzione del flusso di vapore e la configurazione del flusso è più sofisticata rispetto alla vecchia tecnologia del flusso periferico. L'introduzione del getto diretto di vapore con pale angolate che produce una schiena poco o quasi nulla resistente conferisce 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 tal punto che ridiventi più simile a un liquido, pur mantenendo le proprietà del gas; questo ha un'eccellente efficienza energetica rispetto al normale vapore caldo.
Questi due progressi tecnologici sono stati realizzati attraverso l'uso di acciai di alta qualità per produrre le palette. Quindi, è stato possibile far funzionare le turbine a velocità molto elevate resistendo all' alta pressione del vapore supercritico per la stessa quantità di energia della tradizionale potenza del vapore senza rompere o addirittura danneggiare le pale.
Gli svantaggi delle turbine sono: bassi rapporti di turndown, che sono il degrado delle prestazioni con la riduzione della pressione o delle portate del vapore, tempi di avviamento lenti, ovvero per evitare shock termici nelle pale sottili in acciaio, ingenti capitali costo e l' alta qualità del trattamento dell'acqua di alimentazione che richiede vapore.
Lo svantaggio principale del motore a vapore è la sua limitazione della velocità e la bassa efficienza. L'efficienza normale del motore a vapore è di circa il 10-15% e i motori più recenti sono in grado di funzionare con un'efficienza molto più elevata, circa il 35% con l'introduzione di generatori di vapore compatti e mantenendo il motore in una condizione priva di olio, aumentando così la vita del fluido.
Per i piccoli sistemi, 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 è ad altissima temperatura e quindi anche a 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 molto bravi a recuperare l'energia di scarto da molte fonti, compreso lo scarico delle turbine a vapore. Il calore di scarto della turbina a vapore viene utilizzato nelle centrali a ciclo combinato. Consente inoltre di scaricare il vapore di scarico come scarico a temperature molto basse.
