Turbocompresor

V.- TURBOCOMPRESOR AXIAL
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V.1.- INTRODUCCIÓN Los compresores axiales más primitivos que se construyeron alrededor de 1900 por Sir Charles Parsons, eran de baja relación de compresión y alcanzaban rendimientos muy modestos, del orden del 55%, debido al desprendimiento de la capa límite en el álabe, por lo que se abandonaron en favor de los compresores centrífugos devarios escalonamientos por su más alto rendimiento, del orden del 70 al 80%. Los primeros turbocompresores axiales de rendimiento aceptable aparecen mucho más tarde; en 1926, A. A. Griffith establece los principios básicos de su teoría del perfil aerodinámico para el diseño de compresores y turbinas, y es a partir de aquí cuando se emprende el desarrollo de los compresores axiales. Cuando secomparan los compresores axiales con las turbinas axiales, las diferencias provienen de los propios procesos del flujo; cuando el fluido se acelera rápidamente en un conducto sufre una pérdida moderada de presión de remanso, pero cuando experimenta una rápida deceleración, que provoca un gradiente adverso de presión, se puede producir desprendimiento del flujo y, en consecuencia, grandes pérdidas. Paralimitar estas pérdidas, es necesario mantener la relación de deceleración del flujo a través de las coronas de álabes en valores bajos, circunstancia que implica el que para una relación de compresión dada, un turbocompresor axial tenga muchos más escalonamientos que una turbina axial. Su diseño entraña una gran dificultad dada la importancia especial que el método aerodinámico y el método dediseño de los álabes con torsión tiene en estas máquinas. El ángulo de desviación (β1 - β 2) de los álabes de un turbocompresor axial tiene que ser muy reducido si se quiere mantener un rendimiento elevado, siendo inferior a 45º, mientras que en las Turbinas de vapor o de gas es mucho mayor. ANÁLISIS BIDIMENSIONAL DEL ESCALONAMIENTO DE UN COMPRESOR AXIAL.- Un escalonamiento de un turbocompresor axialconsiste en una corona de álabes móviles o rotor seguida de otra de álabes fijos o estator. Los álabes del rotor están montados sobre un tambor y los del estator sobre la carcasa. Si en este turbocompresor axial los últimos escalonamientos tienen una relación (base/extremo) alta, el problema de diseño se simplifica considerando que las condiciones del flujo no varían en las direccionescircunferencial y radial, lo que equivale a suponer que existen infinitos álabes en cada corona y
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que las condiciones del flujo que imperan en el diámetro medio de la misma son idénticas para cualquier otro diámetro. rbase Los álabes se pueden suponer rectos, y si la relación es alta, los incrementos de presión rexterior y velocidad a lo largo de su altura son pequeños, por lo que lahipótesis de diseño anterior es suficiente.

Fig V.1.- Escalonamiento de un turbocompresor axial y triángulos de velocidades

ROTOR.- El proceso en el rotor es un proceso adiabático en el que se transfiere trabajo al fluido. El fluido llega a los álabes del rotor con una velocidad absoluta c 1, que forma un ángulo α 1 con la dirección axial, y atraviesa los conductos divergentes formados porlos álabes del rotor, que ceden energía mecánica al fluido aumentando su energía cinética y su presión estática. El fluido sale del rotor con una velocidad relativa(w2 < w1) y una velocidad absoluta (c2 > c1) debido a la energía cedida por el rotor. A continuación, el fluido atraviesa los conductos divergentes que forman los álabes del estator decelerándose y aumentando consecuentemente su presiónestática. El flujo entra en el rotor sin rotación, por lo que: c 1u = 0 ⇒ α 1 = 90º mientras que la velocidad axial cm es constante. c 2u - c 1u = w 2u - w 1u
Fig V.2.- Escalonamiento de un turbocompresor axial

w 2u = - c m cotg β 2

;

w 1u = - c m cotg β 1

El trabajo de compresión en un escalonamiento de un turbocompresor axial, o trabajo periférico, es:
2 c1 u (c 2u - c 1u ) u c m...