Tot i que la màquina de vapor clàssica ha estat reemplaçada en gran part per tecnologies més eficients com els motors de combustió interna i els sistemes elèctrics, la tecnologia de vapor segueix sent essencial, encara que en formes més avançades.
Algunes de les aplicacions actuals més destacades de la màquina de vapor, o més específicament de les turbines de vapor, són:
1. Generació d'electricitat a centrals tèrmiques
L'aplicació més important i estesa de les màquines de vapor actualment és la generació d'electricitat a centrals tèrmiques. Tot i la transició cap a energies renovables, les turbines de vapor segueixen sent una tecnologia clau en la infraestructura energètica global.
Aquestes turbines s'utilitzen en diferents tipus de plantes generadores d'electricitat:
Centrals de combustibles fòssils
En aquestes plantes, el carbó, el petroli o el gas natural es cremen per generar calor, que es fa servir per produir vapor a alta pressió.
Aquest vapor impulsa una turbina connectada a un generador que produeix electricitat. Tot i que s'està reduint l'ús de combustibles fòssils pel seu impacte ambiental, moltes plantes encara estan en funcionament, especialment en països en desenvolupament o en transició energètica.
Centrals nuclears
La fissió de l'urani o del plutoni a les centrals nuclears genera calor, que converteix l'aigua en vapor. Aquest vapor es fa servir per moure turbines i generar electricitat.
Les turbines de vapor a les plantes nuclears són extremadament eficients i poden generar grans quantitats d'energia de manera contínua, cosa que les converteix en una de les aplicacions més avançades de la tecnologia de vapor actualment.
Centrals solars tèrmiques
En aquest tipus d'instal·lacions, es fa servir l'energia del sol per escalfar un fluid que genera vapor, que impulsa les turbines per produir electricitat.
Encara que aquest tipus denergia encara no és tan comú com altres formes denergia solar, està guanyant popularitat, especialment en regions amb abundant radiació solar.
2. Centrals geotèrmiques
Una altra aplicació moderna de la tecnologia de vapor és a les plantes geotèrmiques, on s'aprofita la calor de l'interior de la Terra per generar vapor.
Aquest vapor mou turbines connectades a generadors, produint electricitat. Les plantes geotèrmiques són una font d'energia renovable, ja que la calor terrestre és pràcticament inesgotable i representen una alternativa neta i eficient a les plantes de combustibles fòssils.
3. Sistemes de propulsió naval
Encara que la propulsió naval basada en vapor ha estat reemplaçada en gran mesura per motors de combustió interna i sistemes elèctrics, encara hi ha alguns vaixells que utilitzen turbines de vapor.
Aquest tipus de propulsió és comú en certs vaixells militars, com els portaavions nuclears i alguns submarins, que usen reactors nuclears per generar vapor.
El principal avantatge d'aquest sistema és la capacitat d'operar durant llargs períodes sense necessitat de proveïment, cosa que és fonamental per a operacions militars a alta mar.
4. Indústria química i processos industrials
A la indústria química ia altres sectors industrials, el vapor continua sent una eina indispensable per a diversos processos.
El vapor s'utilitza principalment en la transferència de calor, la desinfecció i l'esterilització, i la calefacció de grans instal·lacions industrials. A més, a moltes plantes químiques i refineries, s'utilitzen turbines de vapor per accionar maquinària pesada i equips de producció.
-
Producció de productes químics : El vapor és clau en la síntesi de molts compostos químics, ja que s'utilitza per mantenir temperatures controlades en reaccions químiques. També es fa servir per netejar i esterilitzar reactors i equips, garantint la puresa dels productes químics.
-
Refineries de petroli : A les refineries, el vapor s'utilitza en la destil·lació fraccionada per separar els diferents components del cru. Aquest procés requereix grans quantitats de calor, que el vapor pot proporcionar de manera eficient.
5. Centrals de cogeneració
Les centrals de cogeneració, també conegudes com a plantes de cicle combinat, són instal·lacions on l'energia tèrmica i l'electricitat es produeixen simultàniament a partir del mateix procés.
En aquestes plantes, les turbines de gas generen electricitat i la calor residual que produeixen s'utilitza per generar vapor, que mou una turbina addicional per generar més electricitat o s'utilitza per a calefacció.
Aquest sistema és altament eficient, ja que aprofita la calor que normalment es perdria en una planta convencional, cosa que redueix el malbaratament energètic.
6. Ús en indústries tèxtils i papereres
El vapor també segueix jugant un paper important en indústries tradicionals, com la tèxtil i la paperera.
En aquestes indústries, el vapor es fa servir per assecar productes, ja que la calor generada pel vapor és més controlable i uniforme que altres fonts de calor. A més, el vapor s'utilitza al premsat i planxat de teixits, així com a la producció de paper, on s'utilitza per assecar les làmines de cel·lulosa.
7. Trens de vapor en ús turístic i patrimonial
Tot i que els trens de vapor ja no s'utilitzen en el transport de passatgers o mercaderies de manera regular, encara hi ha moltes línies ferroviàries turístiques que utilitzen locomotores de vapor.
Aquests trens han esdevingut atraccions històriques que permeten als visitants experimentar la tecnologia que va impulsar la Revolució Industrial. Les locomotores de vapor conservades o restaurades solen operar en rutes curtes en parcs nacionals, àrees muntanyoses o vies de tren preservades com a patrimoni industrial.
8. Dessalatge d'aigua
La tecnologia de vapor també es fa servir en algunes plantes de dessalació per convertir aigua de mar en aigua potable.
El procés de destil·lació multietapa utilitza vapor per escalfar laigua de mar i evaporar laigua, deixant enrere la sal. Posteriorment, el vapor es condensa per recuperar aigua fresca. Aquest mètode, encara menys comú que altres processos de dessalació, com l'osmosi inversa, continua sent útil en àrees on hi ha una gran disponibilitat d'energia tèrmica.
Avanços tecnològics en lús del vapor
L'ús del vapor actualment ha evolucionat molt gràcies als avenços en l'enginyeria i la tecnologia. Mentre que les antigues màquines de vapor eren sistemes voluminosos i menys eficients, les turbines de vapor modernes són compactes i extremadament eficients. Alguns dels avenços inclouen:
- Millora en l'eficiència tèrmica Les turbines de vapor actuals operen a temperatures i pressions molt més altes que les antigues màquines de vapor, cosa que permet una major conversió d'energia tèrmica en energia mecànica. Aquest augment en l'eficiència ha fet que les plantes basades en vapor continuïn sent competitives davant d'altres tecnologies més modernes.
- Materials avançats : La introducció de materials resistents a la calor i la corrosió ha permès que les turbines de vapor puguin suportar condicions extremes sense perdre eficiència ni necessitar manteniment freqüent.
- Cicle combinat : Les plantes de cicle combinat, que combinen turbines de gas i turbines de vapor, permeten aprofitar al màxim l'energia disponible, reduint el consum de combustible i les emissions.
El futur de la tecnologia de vapor
Tot i que l'ús de les màquines de vapor tradicionals ha disminuït, la seva evolució en forma de turbines continua sent rellevant en un món que cerca fonts d'energia més netes i eficients. La combinació de tecnologies de vapor amb energies renovables, com ara la solar tèrmica i la geotèrmica, suggereix que el vapor continuarà jugant un paper important en el futur energètic global.
A mesura que el món es mou cap a una sostenibilitat més gran, les tecnologies de vapor basades en fonts renovables ofereixen una via prometedora per reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle, mentre es manté la capacitat de produir energia de manera eficient i fiable.