Che cos'è una turbina a vapore?
Una turbina a vapore è un dispositivo in grado di convertire l'energia termica in vapore pressurizzato in movimento rotatorio. Questo movimento rotatorio viene spesso utilizzato nelle centrali elettriche per generare elettricità, sebbene possa avere anche altre applicazioni. Il principio alla base delle turbine a vapore fu scritto per la prima volta già nel I secolo d.C., mentre la moderna turbina a vapore non fu progettata fino al 1884.
La prima turbina a vapore moderna è stata progettata da Sir Charles Parsons. È stato utilizzato, in combinazione con una dinamo, per generare 7,5 kW di potenza. Poco dopo la sua invenzione, il dispositivo ha trovato un uso primario nelle centrali elettriche di tutto il mondo e a bordo di navi militari. I motori a vapore alternativi precedenti erano entrambi meno efficienti e più difficili da adattare per l'uso a bordo delle navi, richiedendo sistemi complicati piuttosto che un semplice meccanismo di trasmissione diretta.
Le turbine a vapore utilizzano il principio di consentire l'espansione del vapore in pressione in stadi controllati. Ogni turbina può essere composta da un numero di turbine a impulso e di reazione, ciascuna delle quali consente al vapore di espandersi e ruotare le pale, o le benne, all'interno del dispositivo. La maggior parte delle turbine a vapore impiega entrambe queste variazioni in concerto, con le turbine a impulso che operano ad alta pressione e la bassa pressione viene utilizzata per le turbine di reazione. La differenza tra i due è che la varietà di impulsi utilizza un ugello per introdurre vapore ad alta velocità nei rotori, mentre i rotori nelle turbine di reazione sono essi stessi un tipo di ugello.
La disposizione delle turbine a impulso e di reazione all'interno di una turbina a vapore può effettivamente rendere il sistema molto efficiente. Utilizzando sia l'alta che la bassa pressione e facendo funzionare il vapore in ogni fase della sua espansione, il processo può rimanere altamente isentropico . Questo significa semplicemente che l'entropia che entra nel sistema è simile a quella che viene fuori. L'altro vantaggio del design è che la rotazione delle turbine crea un movimento rotatorio, che può essere ideale sia per la generazione di energia che per la rotazione di palette o altri meccanismi di azionamento sulle navi.
Una grande percentuale di tutta l'energia generata nel mondo utilizza generatori di turbine a vapore. Sono presenti sia nei combustibili fossili che nelle centrali nucleari, con il primo carbone o petrolio che bruciava per riscaldare l'acqua e il vapore, e il secondo si basava su una reazione di fissione nucleare per generare il vapore. Inoltre, parte dell'energia viene generata utilizzando un processo noto come energia solare focalizzata . Questo tipo di centrale elettrica può sfruttare il sole per produrre vapore che può quindi girare le turbine a vapore.