7. Turbina de gas en aviació

Les turbines de gas és una turbomàquina tèrmica que té com a combustible el gas. En aviació hi ha tres tipus de motors que utilitzen turbines de gas: la turbohèlix, el turboreactor i el turbo ventilador.

Començarem explicant la turbohèlix, que és una versió aèria del motor industrial de turbina de gas. El seu ús es basa en proporcionar potència per impulsar una hèlix. Com que el motor de turbina de gas gira a una velocitat  més alta que la que requereix l’hèlix, ens calen engranatges de reducció. 

El turboreactor consisteix en un generador de gas i una tovera. El generador de gas produeix gas calent, el qual s’expandeix a través de la tovera i produeix una propulsió.

Per acabar tenim el turboventilador que té un generador de gas just al centre del motor. El gas passa del generador fins a una turbina de baixa pressió que impulsa un ventilador al capdavant del motor. L’aire del ventilador es divideix: Una part s’en va a través el generador de gas, com aquest últim fluid d’aire no s’escalfa mitjançant el procés de combustió l’anomenen el raig d’aire fred. La relació d’aquest raig fred amb el calent que passa per l’interior del generador és el que anomenen “la relació de desviació” o “bypass”.

En quan el seu ús són molt usades en cicles de potència com alguns cicles de refrigeració o altres cicles com el cicle Brayton. No hem de confondre els motors del avions amb una turbina. Realment el motor del avió és (normalment) un turboreactor els quals són màquines que en la seva estructura tenen incorporada una turbina de gas.

Realment la màquina de vapor i la turbina de gas tenen un funcionament molt semblant, l’únic és que la turbina de gas per comptes d’usar aigua utilitza gas. En el procés l’aire fresc de l’atmosfera arriba a un compressor. Aquest compressor s’encarrega de pujar-lo a alta pressió. Després gràcies al combustible ingerit se li afegeix energia al procés, i al fer la combustió es genera un flux d’alta temperatura. Aleshores és quan el gas a alta pressió i a alta temperatura entra en la turbina, on s’expandeix fins la pressió de sortida. En aquest procés de expansió la turbina gira i produeix el moviment que genera el treball desitjat. Aquest treball és bàsicament moure el compressor i altres dispositius com generadors elèctrics que hi puguin estar acoblats. Aquesta energia que no s’utilitza per produir treball és la que surt en forma de gasos, a alta temperatura o a alta velocitat.

Després tenim una sèrie de fórmules per fer l’anàlisi tèrmic. El procés és adiabàtic i no considerem un canvi en l’energia potencial ja que és quasi menyspreable, degut a les baixes densitats dels gasos. Aquí us deixo la primera  llei de la termodinàmica en propietats específiques, per si us és d’interès: