Turbinas de acção

Nas turbinas de acção, o rotor converte energia cinética do vapor em energia mecânica. Este tipo de turbinas foi assim baptizado uma vez que fazem uso da Segunda Lei de Newton [que afirma que a força exercida por um objecto é igual ao produto da sua massa pela aceleração que lhe é exercida] para extrair energia de um fluido.

Para melhor entendimento, sigamos o percurso do vapor desde que entra no estator até ao momento em que dele sai:
  
Ao entrar no estator da turbina, o vapor sobreaquecido produzido pela caldeira é enviado a um distribuidor, que o distribui por um conjunto de difusores ou tubeiras. As tubeiras, cujo nome correcto é Tubeira De Laval, são tubos com uma secção de saída inferior à secção de entrada, assemelhando-se a um funil, por onde um fluido passa. Mantendo-se o caudal de fluido, com a diminuição da secção [afunilamento] vem um aumento substancial de velocidade [que conduz a uma aceleração não nula e, consequentemente, ao aumento da força aplicada] e uma diminuição da pressão. Neste tipo de turbinas, as tubeiras além de converterem a entalpia em velocidade, orientam também o vapor de modo a que atinja tangencialmente nas pás, onde, saliente-se, não há perda de pressão. Assim, nas turbinas de acção, a queda de pressão verifica-se única e exclusivamente nos difusores. Ao incidir tangencialmente nas pás da roda da turbina, o vapor muda de direcção, transferindo uma certa quantidade de movimento às pás. Esta cedência de movimento do vapor às pás traduz-se numa transformação de energia cinética, contida no vapor, em energia mecânica transmitida ao rotor. Ao sair da roda da turbina, o vapor pode ser conduzido para um outro distribuidor, a partir de onde este processo se pode repetir.

Quando chega ao final da turbina, o vapor é enviado para o condensador, um componente das caldeiras que condensa o vapor que sai da turbina antes de reutilizar a água resultante para um novo ciclo.

Porque a água que é usada para gerar vapor é cara e necessita de ser mantida dentro de certos parâmetros químicos bastante apertados, todo o ciclo funciona em circuito fechado, i.e., o vapor é gerado, utilizado e depois condensado para ser, novamente, usado sucessivamente. O arrefecimento pode ser feito com ar atmosférico, como nas centrais termo-eléctricas terrestres, ou com a água de rios ou do mar, o caso de algumas centrais térmicas e da totalidade dos navios [quer movidos a vapor ou com outra máquina térmica, acrescente-se].


Turbinas de reacção

As turbinas de reacção são aquelas mais usadas para instalações a vapor e foram aquelas mais comuns a bordo de navios, sendo sobre este tipo de turbinas que o presente artigo incidirá maioritariamente.

Estas turbinas geometricamente diferem bastante das turbinas de acção: não só não têm tubeiras mas coroas de pás fixas, como as pás móveis são bastante diferentes das das turbinas de acção. Tanto as pás móveis como as fixas, neste tipo de turbina, têm uma secção de escoamento variável, assemelhando-se a asas de avião. O fenómeno de sustentação que se observa num avião é o princípio de funcionamento elementar destas turbinas, na medida que são as diferenças de velocidade dos escoamentos [e a consequente expansão do fluido] nas duas faces da mesma pá móvel que a fazem mover; já nas pás fixas, verifica-se um aumento de velocidade do escoamento devido à diminuição de secção.

O vapor entra na turbina pelo seu lado de menor diâmetro [turbina de alta pressão], onde é convenientemente direccionado, por uma primeira coroa de pás fixas, para ir de encontro à primeira roda de pás móveis. O vapor tem que ser direccionado de tal modo que o contacto com as pás móveis se dê tangencialmente à sua superfície, i.e., sem choques. Aí, expande-se e parte da sua entalpia é transformada em energia mecânica, resultando numa diminuição de pressão. O nome destas turbinas deve-se à reação [i.e., à força] produzida pela aceleração do vapor através destas pás. Dirige-se, depois, para uma segunda coroa de pás fixas onde torna a ser re-direccionado de encontro a uma segunda coroa de pás móveis e assim sucessivamente, sempre incidindo tangencialmente em todas as pás, expandindo-se por diversos andares de pressão. Analogamente às turbinas de acção, as rodas de pás móveis e também as coroas de pás fixas aumentam gradualmente de diâmetro em cada andar de pressão e também aqui o vapor circula em circuito fechado, sendo, portanto, reutilizado em novos ciclos.

Devido ao seu funcionamento, e ao contrário do que sucede nas turbinas de acção, existe um impulso axial bastante considerável que obriga ao emprego de chumaceiras de impulso para suportar o rotor.