Turbina de gas

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Esquema de un ciclo Brayton. C representa al compresor, B al quemador y T a la turbina.

Una Turbina a Gas, es una turbomáquina motora de reacción, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la comprensibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas a gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas a gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí.

Las turbinas a gas son usadas en los ciclos de potencia como el ciclo Brayton y en algunos ciclos de refrigeración .

Es común en el lenguaje cotidiano referirse a los motores de los aviones como turbinas, pero esto es un error conceptual, ya que éstos son turboreactores los cuales son máquinas que, entre otras cosas, contienen una turbina a gas.

[editar] Análisis Termodinámico

Durante el paso del fluido de trabajo a través de una turbina a gas el primero le entrega energía a la segunda, y durante este proceso el fluido se expande y disminuye su temperatura. Podemos hacer un análisis termodinámico de este proceso haciendo un balance de energía:

$u_e + p_e v_e + g z_e + frac{{c_e}^2}{2} + q = L + u_s + p_s v_s + g z_s + frac{{c_s}^2}{2}$

Esta ecuación es la primera ley de la termodinámica en propiedades específicas, pero a diferencia de otras nomenclaturas el trabajo $L$ es considerado positivo si sale del volumen de control, el cual en este caso contiene al fluido en su paso a través de la turbina; $c$ es la velocidad, $u$ es la energía interna, $p$ es la presión, $z$ es la altura, $q$ es el calor transferido por unidad de masa y $v$ es el volumen específico. Los subíndices $s$ se refieren a la salida y $e$ se refieren a la entrada. Para simplificar nuestro trabajo haremos las siguientes consideraciones :

Consideraremos este proceso como adiabático.

$q = 0$

El cambio de energía potencial (gravitatoria) es despreciable debido que la baja densidad de los gases.

$g z e ? g z s = 0$

Entonces de la primera ley de la termodinámica podemos deducir la expresión para obtener el trabajo específico en función de las propiedades de entrada y salida de la turbina del fluido de trabajo:

$L=(h_e-h_s)+(frac{{c_e}^2}{2}-frac{{c_s}^2}{2})$

El termino $h$ es la entalpía la cual se define como $h = u + p v$ .

[editar] Véase también

Motores usados en aviación:

Turborreactor Usado en aviones supersónicos.
Turbofan o turbosoplante Usado en aviones comerciales subsónicos.
Turbohélice Con hélices normales.

[editar] Enlaces externos

Commons

Commons alberga contenido multimedia sobre turbinas de gas.
Página de la NASA sobre turbinas de gas (animada, en inglés)