Una turbina a vapore è un dispositivo in grado di convertire l’energia termica in vapore pressurizzato in movimento rotatorio. Questo movimento rotatorio è spesso utilizzato nelle centrali elettriche per generare elettricità, sebbene possa avere anche altre applicazioni. Il principio alla base delle turbine a vapore è stato scritto per la prima volta nel I secolo d.C., mentre la moderna turbina a vapore non è stata 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 delle navi militari. I primi motori a vapore alternativi erano meno efficienti e più difficili da adattare per l’uso a bordo delle navi, richiedendo sistemi complicati piuttosto che un semplice meccanismo di azionamento diretto.
Le turbine a vapore utilizzano il principio che consente al vapore pressurizzato di espandersi in fasi controllate. Ogni turbina può essere composta da più turbine ad impulso ea reazione, ognuna delle quali permette al vapore di espandersi e far ruotare le pale, o secchi, all’interno del dispositivo. La maggior parte delle turbine a vapore impiega entrambe queste variazioni di concerto, con le turbine a impulsi che funzionano ad alta pressione e la bassa pressione viene utilizzata per le turbine a reazione. La differenza tra i due è che la varietà a impulsi utilizza un ugello per introdurre vapore ad alta velocità nei rotori, mentre i rotori nelle turbine a reazione sono essi stessi un tipo di ugello.
La disposizione delle turbine a impulso ea reazione all’interno di una turbina a vapore può effettivamente rendere il sistema molto efficiente. Sfruttando sia l’alta che la bassa pressione e facendo funzionare il vapore in ogni fase della sua espansione, il processo può rimanere altamente isoentropico. Questo significa semplicemente che l’entropia che entra nel sistema è simile a quella che esce. 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 le pale rotanti o altri meccanismi di azionamento sulle navi.
Una grande percentuale di tutta l’energia generata nel mondo fa uso di generatori di turbine a vapore. Sono presenti sia nei combustibili fossili che nelle centrali nucleari, con il primo che brucia carbone o petrolio per riscaldare l’acqua in vapore, e il secondo che fa affidamento 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 poi far girare le turbine a vapore.