Una turbina a gas è un motore a combustione rotante che converte l’energia potenziale in gas, oltre all’energia cinetica dell’aria in movimento, in un’enorme quantità di energia che trasforma un albero di uscita, eseguendo il lavoro effettivo. Esistono molti tipi di motori a turbina, alcuni dei quali sono molto familiari alla maggior parte delle persone e alcuni possono essere sorprendenti. Ad esempio, un mulino a vento è una turbina classica e molto semplice, e anche i motori a vapore sono motori a turbina. D’altra parte, anche il principale carro armato dell’esercito americano, l’M1A1 Abrams, è alimentato da un motore a turbina a gas.
Forse l’uso del motore a turbina a gas con cui la maggior parte delle persone ha familiarità è la propulsione a getto – il motore a turbina a gas. Questo enorme motore illustra uno dei grandi vantaggi del motore a turbina a gas: ha un rapporto peso-potenza che è di gran lunga superiore all’altro principale tipo di motore disponibile: il motore alternativo, come un motore diesel, che sfrutta l’energia reciproca di pistoni multipli. D’altra parte, i motori a turbina a gas sono molto più costosi da costruire e far funzionare rispetto ai motori alternativi di dimensioni comparabili, il che rende il loro uso proibitivo per l’uso in applicazioni di consumo medio come le automobili.
Un motore a turbina a gas è costituito da tre componenti principali, tutti costruiti attorno a un albero centrale: un compressore, una zona di combustione e la turbina stessa, tutti chiusi in modo da poter aumentare la pressione. L’aria viene aspirata nel compressore dalle pale del ventilatore sull’albero e forzata sotto pressione nell’area di combustione. Il carburante – più comunemente cherosene, propano o gas naturale – viene iniettato sotto pressione nella camera di combustione e acceso, aumentando significativamente la temperatura, che a sua volta aumenta la pressione nella camera di combustione. Questo gas pressurizzato viene forzato su più alette sull’albero della turbina, provocando la sua rotazione e la trasmissione della potenza alle ruote del serbatoio o ai rotori degli elicotteri. Una volta passato sulle alette della turbina, il gas esausto si esaurisce, sebbene alcuni motori a turbina a gas abbiano disposizioni per catturare e riutilizzare parte dell’energia termica nei gas di scarico.
Un motore a turbina a gas per aeromobili funziona in modo leggermente diverso. Mentre la costruzione rimane sostanzialmente identica, l’albero della turbina esiste solo all’interno del motore stesso, perché non esiste una destinazione esterna a cui trasmettere la potenza generata dalla turbina. Invece, il compito principale dell’albero della turbina è di ruotare la ventola del compressore. Il lavoro del motore viene eseguito dalla forza del gas pressurizzato e riscaldato che lascia la parte posteriore del motore, fornendo la spinta, che forza il corpo motore in avanti insieme al velivolo a cui è collegato.