Una turbina de gas , motor de turbina de gas , o también conocido por su antiguo nombre turbina de combustión interna , es un tipo de motor de combustión interna de flujo continuo . [1] Las principales partes comunes a todos los motores de turbina de gas forman la parte productora de energía (conocida como generador o núcleo de gas) y son, en la dirección del flujo:
Se deben agregar componentes adicionales al generador de gas para adaptarlo a su aplicación. Todos tienen en común una entrada de aire, pero con diferentes configuraciones para adaptarse a las necesidades de uso marítimo, uso terrestre o vuelo a velocidades que varían desde estacionarias hasta supersónicas. Se agrega una boquilla propulsora para producir empuje para el vuelo. Se agrega una turbina adicional para impulsar una hélice ( turbohélice ) o un ventilador con conductos ( turbofán ) para reducir el consumo de combustible (al aumentar la eficiencia propulsora) a velocidades de vuelo subsónicas. También se necesita una turbina adicional para accionar el rotor de un helicóptero o la transmisión de un vehículo terrestre ( turboeje ), una hélice marina o un generador eléctrico (turbina de potencia). Se logra una mayor relación empuje-peso para el vuelo con la adición de un postquemador .
El funcionamiento básico de la turbina de gas es un ciclo Brayton con aire como fluido de trabajo : el aire atmosférico fluye a través del compresor que lo lleva a mayor presión; luego se agrega energía rociando combustible en el aire y encendiéndolo para que la combustión genere un flujo de alta temperatura; este gas presurizado a alta temperatura ingresa a una turbina, produciendo en el proceso una salida de trabajo del eje, que se utiliza para impulsar el compresor; La energía no utilizada sale en los gases de escape que pueden reutilizarse para trabajos externos, como producir directamente empuje en un motor turborreactor o hacer girar una segunda turbina independiente (conocida como turbina de potencia ) que puede conectarse a un ventilador, hélice. , o generador eléctrico. El propósito de la turbina de gas determina el diseño de modo que se logre la división de energía más deseable entre el empuje y el trabajo del eje. Se omite el cuarto paso del ciclo Brayton (enfriamiento del fluido de trabajo), ya que las turbinas de gas son sistemas abiertos que no reutilizan el mismo aire.
Las turbinas de gas se utilizan para impulsar aviones, trenes, barcos, generadores eléctricos, bombas, compresores de gas y tanques . [2]
En una turbina de gas ideal, los gases experimentan cuatro procesos termodinámicos : una compresión isentrópica , una combustión isobárica (presión constante), una expansión isentrópica y una expulsión isobárica de calor. En conjunto, estos forman el ciclo de Brayton , también conocido como "ciclo de presión constante" . [25] Se distingue del ciclo Otto , en que todos los procesos (compresión, encendido, combustión, escape), ocurren al mismo tiempo, de forma continua. [25]
En una turbina de gas real, la energía mecánica se transforma irreversiblemente (debido a la fricción interna y la turbulencia) en presión y energía térmica cuando el gas se comprime (ya sea en un compresor centrífugo o axial ). Se añade calor en la cámara de combustión y el volumen específico del gas aumenta, acompañado de una ligera pérdida de presión. Durante la expansión a través de los conductos del estator y del rotor de la turbina, se produce una vez más una transformación de energía irreversible. Se aspira aire fresco en lugar de expulsar el calor.