compresores axiales

7. COMPRESORES AXIALES

Prof. Nathaly Moreno Salas
Ing. Víctor Trejo

Turbomáquinas Térmicas CT-3412

Compresores Axiales

Contenido
Premisas para el estudio de un compresor axial
Etapa de un compresor axial
Triángulo de velocidad y diagrama h-s
Etapa de un compresor axial
Etapa normal
Trabajo en una etapa de compresión
Factor de flujo y factor de carga
Grado de reacción
Gradode reacción en etapas normales
Casos particulares del grado de reacción
Triángulos de velocidad adimensionales
Eficiencia de un compresor axial

Premisas para el estudio de un
Compresor Axial
La velocidad en la dirección radial es igual a cero.
Se estudia en el plano medio del álabes
(representativo de la etapa).
Si la relación de envergadura respecto a la cuerda no
es grande.Flujo en régimen “incompresible”, infinito número de
álabes.
La velocidad axial Cx permanece constante en el
paso de una etapa a otra.
Etapa Normal

Etapa de un compresor axial (1/2)
Etapa de compresión:
Rotor
Estator (aumento
de la presión
estática,
disminución de la
velocidad)

0
0

Fuente: Presentaciones de la asignatura Fundamentos de los turbomáquinas térmicas de la universidadde Stuttgart

Etapa de una compresor axial (2/2)
En el Rotor:

c2 > c1

∆ht12 > 0

Compresor axial

p2 > p1
w2 < w1

En el Estator:

c3 < c2

∆ht 23 = 0

p3 > p2

Segunda forma de la ecuación de Euler:

wt12

[(

) (

) (

1 2 2
2
2
= c2 − c1 + u2 − u12 + w12 − w2
2

En las turbomáquinas axiales:

u3 ≈ u 2

Fuente: Presentaciones de la asignaturaFundamentos de los turbomáquinas térmicas de la universidad de Stuttgart

)]

Etapa Normal
En una etapa normal las
velocidades absolutas a la
entrada y la salida son iguales
en magnitud y dirección.

r
r
C1 = C3 ⇒ α1 = α 3

Por continuidad

r
C2

r
W2

r
W1

α2

r
C1

β1

β2

α1

r
U

ρ1 ⋅ A1 ⋅ C x1 ≈ ρ 2 ⋅ A2 ⋅ C x 2 ≈ ρ 3 ⋅ A3 ⋅ C x 3
ρ1 ⋅ A1 ≈ ρ 2 ⋅ A2 ≈ ρ 3 ⋅A3

En las TMT la densidad en cada etapa cambia, por
lo tanto la altura de los álabes de cada etapa debe
disminuir gradualmente para compenzar el
incremento de densidad y mantener la continuidad
Fuente: Presentaciones de la asignatura turbomáquinas térmicas, Asuaje M.

r
Cx

Triángulos de velocidad y diagrama h-s
para etapas axiales (2/2)
Compresor axial:

3ss

2s

Etapa deCompresión
Canal de flujo en
forma de difusor
(aumento del área de
flujo)
Difusión:
Relativa (rotor):
Absoluta (estator):

Aumento de la
componente
periférica

Pequeñas
deflexiones en la
misma dirección de
giro de entrada
(10°-30°)
Perfiles más
delgados, con poca
curvatura y con
borde de ataque
puntiagudo

Etapa normal
En el diseño de turbomáquinas axiales multietapas escomún
elegir triángulos de velocidad idénticos o muy similares en todas
las etapas para disminuir costos de diseño y construcción. Para
ello es necesario:
Mantener constante la velocidad axial
Mantener constante el radio medio

Una etapa
normal implica
entonces:
c x1 = c x 3

α1 = α 3
rmedio = constante
Fuentes: Principles of turbomachinery in air-breathing engines – Baskharone, E.Fluid mechanics and thermodynamics of turbomachinery – Dixon, S.

Trabajo en una etapa de compresión
(1/2)
En su forma más general se tiene que:
•

•

∆W = W m = (h03 − h01 )

ROTOR

ESTATOR

1

2
v

3

Como a través del estator ho es constante

h03 = h02 ⇒ ∆W = (h02 − h01 ) = C p (T02 − T01 ) = C p ∆T0 ∴ (1)
r
C2

La Ecuación de Euler en su forma más general

∆W = U 2⋅ Cθ 2 − U1 ⋅ Cθ 1
Buscando relacionar la expresión con los
triángulos de velocidades

r
W2

r
W1

α2

β1

β2

∆W = U (C y 2 − C y1 ) = U ⋅ C x ⋅ (tg (β1 ) − tg (β 2 ))∴ (2)

r
C1

α1

r
U

r
Cx

Trabajo en una etapa de compresión
(2/2)
Combinando (1) con (2), se obtiene:

∆T0etapa

U ⋅ C x ⋅ (tg ( β1 ) − tg (β 2 ))
=
Cp

Es un valor característico de los...