Evaluación del coeficiente de transmisión de calor exterior por convección (III)

en las que las propiedades físicas se determinan para una temperatura del gas de la forma:

en donde Testática es la temperatura estática local del gas y w1 es la velocidad relativa local del gas en la superficie del álabe.
Los valores más altos del coeficiente de película tienen lugar en el borde de ataque donde la capa límite es de espesor muy pequeño y también después del punto de transición en la cara de succión donde la capa límite llega a ser turbulenta. Se duda exista una capa límite laminar sobre una gran zona de la cara de succión entre el borde de ataque y el punto de transición, por lo que se prefiere tratarla como turbulenta puesto que el flujo de la corriente principal es probablemente altamente turbulento.
En turbinas de temperatura moderadamente alta resulta indiferente qué tipo de hipótesis se utilice, ya que la conductividad del álabe tiende a uniformizar la distribución de temperaturas del álabe. Sin embargo en turbinas que trabajan con temperaturas muy altas conviene tratar el problema desde ambos puntos de vista a fin de evitar puntos calientes que puedan afectar a la estabilidad metalúrgica del material del álabe.
Para el calculo final de un álabe refrigerado hay que estimar la distribución bidimensional de temperatura en cada sección transversal del mismo, teniendo en cuenta la conducción térmica a lo largo del álabe y las ecuaciones diferenciales que resultan se pueden resolver aplicando técnicas de diferencias finitas. El diseño final ha de ser un compromiso entre rendimiento y nivel de solicitaciones (flectoras, centrífugas y térmicas) compatible con la vida deseada del álabe.
La refrigeración de los álabes de las turbinas implica pérdidas termodinámicas a tener en cuenta. El caudal de refrigeración del estator evoluciona en el escalonamiento, pero se introduce con una presión de remanso inferior a la del flujo principal, lo que supone una pérdida a tener en cuenta, ya que estos caudales pueden llegar a ser del orden del 10% al 15% del caudal principal.
También existen pérdidas de carga y una disminución de la entalpía, debido a la mezcla del aire refrigerante con la corriente principal del gas en la punta del álabe, que se compensa parcialmente por la disminución de las pérdidas intersticiales.
Asimismo los álabes realizan un cierto trabajo de bombeo contra el aire refrigerante a medida que éste circula radialmente por el interior de los mismos.
También hay que tener en cuenta el problema relativo al sobrecalentamiento que se produce durante los transitorios de aceleración, ya que los altos niveles de presión y el pequeño espesor de los alabes los hacen muy sensibles a estos sobrecalentamientos.