Turbina axial

Una turbina axial es un tipo de turbomáquina térmica en la que el flujo del fluido de trabajo es paralelo al eje de rotación, al contrario que las turbinas radiales, donde el fluido circula alrededor del eje como si se tratase de un molino hidráulico.[1]​ Se pueden encontrar turbinas axiales en plantas térmicas, propulsión aérea, abastecimiento de calor, junto a turbocompresores en general, aeromodelismo, etc.La turbina axial posee unos álabes fijos que conforman el estator, y una serie de álabes móviles sobre el eje rotativo que forman el rotor.En el estator, el fluido se acelera, y al llegar al rotor, le transmite movimiento en forma de energía cinética.Esto quiere decir que la energía se extrae desde el fluido y también debido a la caída de temperatura y presión a lo largo del componente.Habitualmente entre le 70 y el 80 por ciento del aumento de entalpía ocurrido en la cámara de combustión se emplea para mover la turbina y por tanto al compresor, mientras que el resto acaba generando propulsión en la tobera.Mientras que en los compresores axiales existe un gradiente de presión desfavorable que puede dar lugar a entrada en pérdida en los álabes, en la turbina la presión disminuye teniendo por tanto un gradiente de presión favorable.Así, elrendimiento de la turbina es normalmente mayor que el del compresor, además de que requiere un número menor de etapas que éste.La carga aerodinámica por etapa es mayor para la turbina, sin embargo la temperatura de entrada a la misma es extremadamente alta siendo la resistencia de los materiales que usan los álabes el primer factor límite en el diseño estructural.Una etapa se compone de un conjunto de álabes formando el rotor (anclado al eje rotativo) y otro formando el estator (anclado a la estructura/carcasa que contiene la turbina), siendo el rotor el que extrae la energía del fluido y el estator el que redirige el flujo para el siguiente rotor.Como se ha mencionado, el gas disminuye su presión al recorrer la turbina y por ello, el área que atraviesa el flujo debe aumentar, es decir, la altura de los álabes.Tras la etapa final se coloca un anillo de álabes fijos que preparan el flujo dependiendo si solo hay posteriormente una tobera o si se trata de un motor con postcombustión.a la velocidad lineal con la que se mueven los álabes del rotor, la cual se relaciona con la velocidad de rotación de la turbinaTeniendo en cuenta que la presión a la entrada de la turbina es mayor que a la salida, no ocurrirá separación de flujo debido a un gradiente adverso de presiones.De esta forma, en comparación con el compresor axial, se puede obtener mucha más expansión del flujo por etapa que compresión de forma análoga.En cada etapa se extrae mucha más energía, y se debe a que los álabes están más inclinados, creando más giro en el flujo incidente sin desprenderse la capa límite.Además, todo el trabajo que realiza la turbina se dirige exclusivamente a mover el compresor, mientras que éste tiene otras funciones dentro de un turbojet precisamente cuando estos giran en torno y luego se posicionan en forma.Los álabes de una turbina son más anchos que los del compresor, en primer lugar por cuestiones estructurales (mayor altura de los álabes requieren mayor rigidez), y en segundo lugar para dotar a los álabes de algún sistema de refrigeración.Los envoltorios o "shrouds" son bandas circunferenciales formadas por extensiones en la estructura de los alabes situadas en los extremos, bloqueándolos de esta forma entre ellos.Esta forma de protección se utiliza en turbinas por varias razones.En primer lugar debido a las altas temperaturas de operación, los álabes se debilitan y por tanto necesitan de un refuerzo para no romperse con presencia de grandes fuerzas de forma estacionaria resultantes del desvío del flujo.Por otra parte como se ha dicho anteriormente, los álabes son más grandes que los de un compresor, y con las fuertes cargas que soportan en la turbina, necesitan estos envoltorios para aumentar su rigidez estructural.También ha de tenerse en cuenta las grandes vibraciones a las que son sometidos los álabes por lo que las coronas de protección son indispensables para que no lleguen al fallo mecánico por este motivo.[2]​ En la figura siguiente se ha representado un escalonamiento genérico de una turbina, con los triángulos de velocidades de entrada y salida del rotor y el diagrama correspondiente que se obtiene uniendo ambos triángulos por su base.Lo normal es que la velocidad axial se mantenga dentro del mismo escalonamiento.Se llama escalonamiento de repetición cuando la velocidad de entrada al estator coincide, en magnitud y dirección con la de salida del rotor, cumpliéndose que