Motore a vapore vs turbina a vapore
Mentre, il motore a vapore e la turbina a vapore utilizzano il grande calore latente della vaporizzazione del vapore per la potenza, la differenza principale è la massima rivoluzione 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 con vapore accumulato alternativamente su entrambe le facce. Il pistone è supportato da uno stelo collegato con una testa a croce. La testa a croce è inoltre fissata all'asta di controllo della valvola tramite un collegamento. Le valvole sono 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 aste di trasmissione e alle aste di accoppiamento che guidano le ruote.
Nelle turbine, ci sono design di palette con acciai per dare un movimento rotatorio con il flusso di vapore. È possibile identificare tre principali progressi tecnologici, che rendono le turbine a vapore più efficienti per i motori a vapore. Sono la direzione del flusso del vapore, le proprietà dell'acciaio utilizzato per fabbricare le pale della turbina e il metodo di produzione del "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 di vapore con pale inclinate che produce un dorso poco o quasi nullo 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 da ridiventare più simili a un liquido, pur mantenendo le proprietà del gas; questo ha un'ottima efficienza energetica 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'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 d'acciaio sottili, grandi costi di capitale e qualità del trattamento dell'acqua di alimentazione che richiede vapore.
Il principale svantaggio 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% ei motori più recenti sono in grado di funzionare a un'efficienza molto più elevata, circa il 35% con l'introduzione di generatori di vapore compatti e mantenendo il motore in una condizione senza olio, aumentando così la durata 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'elevato 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, inclusi gli scarichi delle turbine a vapore. Il calore di scarto della turbina a vapore viene utilizzato nelle centrali elettriche a ciclo combinato. Permette inoltre di scaricare il vapore di scarico come scarico a temperature molto basse.
