La eficiencia térmica es un factor primordial en el rendimiento de las turbinas de gas. Es la relación entre el trabajo neto producido por el motor y la energía química suministrada en forma de combustible. 

Los tres factores más importantes que afectan la eficiencia térmica son la temperatura de entrada de la turbina, la relación de compresión y las eficiencias de los componentes del compresor y la turbina. Otros factores que afectan la eficiencia térmica son la temperatura de entrada del compresor y la eficiencia de la combustión. 

La figura muestra el efecto que tiene el cambio de la relación de compresión (relación de presión del compresor) sobre la eficiencia térmica cuando la temperatura de entrada del compresor y las eficiencias de los componentes del compresor y la turbina permanecen constantes. 

En la Figura se muestran los efectos que las eficiencias de los componentes del compresor y la turbina tienen sobre la eficiencia térmica cuando las temperaturas de entrada de la turbina y el compresor permanecen constantes.

RPM es una medida directa de la relación de compresión; por lo tanto, a rpm constantes, se puede obtener la máxima eficiencia térmica manteniendo la temperatura de escape más alta posible. 

Dado que la vida útil del motor se reduce considerablemente a altas temperaturas de entrada de la turbina, el operador no debe exceder las temperaturas de escape especificadas para una operación continua. La figura ilustra el efecto de la temperatura de entrada de la turbina en la vida útil de los álabes de la turbina. 

En la discusión anterior, se supuso que el estado del aire a la entrada del compresor permanece constante. Dado que esta es una aplicación práctica de un motor de turbina, se hace necesario analizar el efecto de las condiciones variables de entrada sobre el empuje o la potencia producida. 

Las tres variables principales que afectan las condiciones de entrada son la velocidad de la aeronave, la altitud de la aeronave, y la temperatura ambiente. Para simplificar el análisis, la combinación de estas tres variables se puede representar mediante una única variable denominada densidad de estancamiento.

La potencia producida por un motor de turbina es proporcional a la densidad de estancamiento en la entrada. Las siguientes tres ilustraciones muestran cómo el cambio de la densidad al variar la altitud, la velocidad del aire y la temperatura del aire exterior afecta el nivel de potencia del motor. 

La figura muestra que la salida de empuje mejora rápidamente con una reducción en la temperatura del aire exterior (OAT) a altitud, rpm y velocidad aerodinámica constantes. 

Este aumento ocurre en parte porque la energía requerida por libra de flujo de aire para accionar el compresor varía directamente con la temperatura, lo que deja más energía para desarrollar el empuje. Además, la salida de empuje aumenta ya que el aire a temperatura reducida tiene una mayor densidad. 

El aumento de la densidad hace que aumente el flujo másico a través del motor. El efecto de la altitud sobre el empuje, como se muestra en la figura, también puede ser discutido como un efecto de densidad y temperatura. En este caso, un aumento de la altitud provoca una disminución de la presión y la temperatura.

Dado que la tasa de caída de temperatura es más baja que la tasa de caída de presión a medida que aumenta la altitud, la densidad disminuye. Aunque la disminución de la temperatura aumenta el empuje, el efecto de la disminución de la densidad compensa con creces el efecto de la temperatura más fría. El resultado neto del aumento de la altitud es una reducción en la salida de empuje.

El efecto de la velocidad aerodinámica sobre el empuje de un motor de turbina de gas se muestra en la figura. Para explicar el efecto de la velocidad aerodinámica, es necesario comprender primero el efecto de la velocidad aerodinámica sobre los factores que se combinan para producir el empuje neto: empuje específico y flujo de aire del motor. 

El empuje específico es el empuje neto en libras desarrolladas por libra de flujo de aire por segundo. Es el resto del empuje bruto específico menos la resistencia del ariete específico. A medida que aumenta la velocidad aerodinámica, la resistencia del ariete aumenta rápidamente. 

La velocidad de escape permanece relativamente constante; por lo tanto, el efecto del aumento de la velocidad aerodinámica da como resultado una disminución del empuje específico. En el rango de baja velocidad, el empuje específico disminuye más rápido de lo que aumenta el flujo de aire y provoca una disminución en el empuje neto. 

A medida que la velocidad del aire aumenta en el rango más alto, el flujo de aire aumenta más rápido de lo que disminuye el empuje específico y hace que el empuje neto aumente hasta que se alcanza la velocidad sónica. El efecto de la combinación sobre el empuje neto se ilustra en la figura.

Ram Recovery

Un aumento de la presión por encima de la presión atmosférica exterior existente en la entrada del motor, como resultado de la velocidad de avance de una aeronave, se denomina presión de ariete. 

Dado que cualquier efecto de ariete provoca un aumento en la presión de entrada del compresor por encima de la atmosférica, el aumento de presión resultante provoca un aumento en el flujo de masa de aire y la velocidad del gas, los cuales tienden a aumentar el empuje. 

Aunque el efecto ram aumenta el empuje del motor, el empuje producido por el motor disminuye para un ajuste dado del acelerador a medida que la aeronave gana velocidad. Por lo tanto, se producen dos tendencias opuestas cuando se aumenta la velocidad de una aeronave. Lo que realmente ocurre es el resultado neto de estos dos efectos diferentes.

La salida de empuje de un motor disminuye temporalmente a medida que la velocidad de la aeronave aumenta desde estática, pero pronto deja de disminuir. Moviéndose hacia velocidades más altas, la salida de empuje comienza a aumentar nuevamente debido a la mayor presión de recuperación del Ram.