Funcionamiento de una Turbina de Avión
En la actualidad, una de las más grandes industrias existentes es la aeronáutica. Desde sus inicios, grandes avances y desarrollos tecnológicos han venido ocurriendo a través de los años, incluyendo mejoras en los materiales de construcción, mejoras en los procesos de fabricación y control de calidad que van de la mano con la creación de software de modelado y simulación para estos propósitos como es Catia V5 entre otros, y avances en cuanto a los sistemas de propulsión que nos han llevado a poder volar sobre distancias más grandes y a mayor altura, en aviones cada vez más grandes y sofisticados, lo que ha permitido que miles de personas vuelen a diario.
Sin embargo, el volar en aviones grandes se ha hecho tan natural para nosotros que pocas veces nos detenemos a pensar cómo es posible. Mucho menos nos preocupamos por el funcionamiento de sus componentes más importantes, como por ejemplo, la turbina.
¿Qué es una turbina?
Una turbina es un dispositivo mecánico rotativo, conocida como una turbomáquina motora, motor rotativo o motor a reacción. Toma energía del flujo de un fluido y la convierte en trabajo mecánico al hacer pasar dicho flujo a través de aletas conocidas como álabes las cuales están unidas a un eje rotativo formando lo que se conoce como rotor.
¿Cuáles son los tipos de turbinas usados en aviones?
Existen diferentes tipos de turbinas, siendo los turborreactores, turboventiladores y turbohélices los tipos más comunes usados en aviones. En términos generales, su principio de funcionamiento es el mismo, donde el ciclo de trabajo se divide en cuatro tiempos: admisión, compresión, combustión y expansión o escape. Sin embargo existen algunas diferencias importantes.
1. Turborreactor
Compuesto por una entrada de aire, un compresor de flujo axial, una cámara de combustión, una turbina de gas y una tobera. En este tipo de turbina, el aire entra pasando a través de los álabes del compresor, lo que genera una disminución de la velocidad y por ende un aumento de la presión. Para lograr un mayor aumento de la presión, el compresor está dividido en varias etapas, cuyo número ronda entre 10 y 15 generalmente. Luego, el aire ya comprimido entra a la cámara de combustión para mezclarse con el combustible, calentarse y quemarse en el proceso. Así, los gases de combustión pasan a través de los álabes de la turbina expandiéndose y comenzando el aumento de velocidad de los mismos. Este flujo hace girar al rotor, transmitiendo dicho movimiento al compresor a través del eje que lo une a la turbina, proporcionando además la energía necesaria para el funcionamiento de la bomba de combustible y algunos otros componentes. Para completar el proceso y generar el empuje necesario para mover el avión, los gases son finalmente expandidos en una tobera, logrando así la velocidad deseada. Este tipo de turbina es más eficiente a velocidades supersónicas y tienden a ser ruidosos, por lo cual su uso en la aeronáutica se ve mayormente en los aviones militares.
2. Turboventilador
Como se dijo anteriormente, su funcionamiento se basa en los mismos cuatro tiempos que están presentes en el ciclo de trabajo del turborreactor. Sin embargo, a la entrada del aire se ubica un ventilador, lo que genera que parte del aire se comprima parcialmente y fluya por un ducto circundante, llegando directamente hasta la turbina y mezclándose con los gases hasta llegar a la tobera. Esta diferencia con respecto al turborreactor se considera una mejora, ya que hace al turboventilador más eficiente y menos ruidoso, mientras genera un mayor empuje. Gracias a estas ventajas, el turboventilador es el tipo más usado para aviones comerciales grandes y de altas velocidades.
3. Turbohélice
En este caso, una hélice se ubica al frente de la entrada de aire. Dicha hélice es propulsada por otra turbina o por etapas extras de la turbina solidaria al compresor. Debido a esto, la mayor parte de la energía es usada para el movimiento de la hélice, por lo que el empuje generado por los gases al salir de la tobera es reducido. Así, este tipo sólo se usa en aviones pequeños y a bajas velocidades.