Turbinas a Vapor: Alimentando a Rede Elétrica dos EUA

A próxima edição de nossa Série de Equipamentos foca em turbinas a vapor. Uma turbina a vapor é um tipo de gerador que extrai energia de vapor pressurizado e a aplica para trabalho mecânico com o uso de um eixo de saída rotativo. É frequentemente usada como acionamento em geradores elétricos. Na verdade, a maior parte da eletricidade gerada nos Estados Unidos é feita através do uso de turbinas a vapor.

Como Funcionam as Turbinas a Vapor?

Uma turbina usa um rotor giratório alimentado por gás ou líquido. Rotores em turbinas a vapor são girados por vapor quente gasoso para funcionar. Pás são alojadas dentro de um recipiente externo selado para que a energia do vapor possa ser maximizada. O gás expande e esfria conforme flui passando pelas pás para passar o máximo de energia que originalmente continha. Diferente de outras turbinas, o fluxo do vapor gira as pás continuamente sem empurrar ou puxar, bem como sem esperar pistões retornarem.

Vantagens das Turbinas a Vapor

Turbinas a vapor giram geradores de eletricidade em velocidades incrivelmente altas e rotacionam muito mais rápido que turbinas de água ou vento. Por exemplo, uma turbina a vapor típica encontrada em uma usina gira a 1800 a 3600 rpm, enquanto uma turbina eólica gira a uma fração disso e frequentemente usa uma caixa de engrenagens para acioná-la rápido o suficiente para produzir eletricidade. Turbinas a vapor também são menores e precisam de menos espaço que uma turbina que usa arranjo pistão-cilindro-virabrequim.

Tipos de Turbinas a Vapor

Turbinas a vapor de múltiplos estágios – Turbinas a vapor usadas na indústria pesada são mais complexas que o descrito acima. A maioria das turbinas a vapor em uso hoje não têm apenas um conjunto de pás no rotor, mas geralmente têm vários conjuntos diferentes, chamados múltiplos estágios. Cada estágio ajuda a extrair um pouco mais de energia do vapor antes de ser expelido, reduzindo o número de turbinas necessárias. Cada estágio de pás pode funcionar por impulso ou reação, com uma turbina a vapor típica tendo mistura de ambos os estágios. Podem até ser montadas no mesmo eixo do rotor e girar ao mesmo tempo.

Turbinas a vapor condensantes – Além de produzir energia, algumas turbinas a vapor também podem resfriar o ar conforme passa pela unidade. Turbinas condensantes são frequentemente usadas em grandes usinas para gerar eletricidade. Convertem o vapor em água em algumas partes através do uso de condensadores e torres de resfriamento gigantes. O vapor expande ainda mais enquanto extrai a energia máxima, tornando o processo de geração mais eficiente. Grandes quantidades de água fria são necessárias para condensar o vapor, por isso usinas elétricas são frequentemente construídas próximas a grandes corpos d'água. Turbinas não condensantes não resfriam vapor, e em vez disso usam o calor para fazer água quente em processo conhecido como cogeração (CHP).

Questões Associadas com Turbinas a Vapor

• Desequilíbrio do rotor é um dos problemas de manutenção mais comuns associados com turbinas a vapor. Pode levar a vibração excessiva, que pode levar as pás a se soltarem do rotor e irem para o alojamento.
• Turbinas a vapor devem ser operadas com vapor de alta qualidade na forma de vapor superaquecido ou saturado com alta fração de secura. Se outra forma de vapor é usada, pode causar erosão nas pás quando umidade carrega. Defletores e controles são frequentemente usados para garantir vapor de alta qualidade.
• Vedações na turbina a vapor também podem falhar e permitir líquido e outros contaminantes entrarem na unidade. Isso pode danificar os mancais de empuxo, bem como qualquer número de outros componentes. Drenos de condensado são frequentemente instalados para garantir remoção de qualquer líquido que possa entrar no alojamento.

No geral, os requisitos de manutenção de turbinas a vapor são simples e vêm com baixos custos. Quando operadas em eficiência máxima, uma turbina a vapor pode durar mais de 50 anos.

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