Compresores Axiales

TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS
CT-3412

Prof. Nathaly Moreno Salas
Ing. Victor Trejo

7.2 COMPRESORES AXIALES

CONTENIDO
Características de Funcionamiento fuera de Diseño
Compresores Multietapas
Curva Característica de un Compresor Axial
Bombeo (Surge)
Desprendimiento (Stall)
Desprendimiento Rotativo (Rotating Stall)
Campo de Aplicación

Características de Funcionamiento
fuera deDiseño
r
C2

De la ecuación de Euler sabemos que:
r
W2

∆h0
ψ = 2 = 1 − φ (tgβ 2 − tgα1 )
U

r
W1

α2

r
C1

β1

β2

α1

r
U

Horlock (1958) estableció que los ángulos de salida del flujo
β2 (rotor) y α1 (estator) no varían apreciablemente para una
gama de ángulos de incidencia, hasta que se alcanza el punto
de desprendimiento

tgβ 2 + tgα1 = t = ctte
Por lo tanto sepuede escribir:

∆h0
ψ = 2 = 1 − φt
U

El ∆h0 aumenta cuando el flujo másico
disminuye, con una velocidad de giro
constante y t positivo

r
Cx

Características de Funcionamiento
fuera de Diseño

t
t
t

t

t

En el punto de diseño
1 −ψ d
ψ d = 1 − φd t ⇒ t =
φd
Las condiciones fuera de diseño
no dependen de la elección del
grado de reacción de diseño
Si R = 0,5, elgrado de reacción no
varia
Si R > 0,5 y t < 0, el grado de
reacción disminuye con el
coeficiente de flujo
Si R < 0,5, el grado de reacción
aumenta con el coeficiente de flujo

Características de Funcionamiento
fuera de Diseño
Al ser t = ctte, se puede relacionar el punto de diseño con cualquier
otro punto

ψ d = 1 − φd ⋅ t ⇒ t =

1 −ψ d

φd

ψ = 1−φ ⋅t ⇒ t =

1 −ψ

φIgualando ambos términos

 1 −ψ d
ψ = 1 − φ ⋅ 
 φd


ψ
1 φ  1 −ψ d
 ⇒
=
− 
 ψ d ψ d φd  φd





Características de Funcionamiento
fuera de Diseño
ψd → 1 más elástico (menor variación de
ψ con φ)
ψd → 0 menos elástico (mayor variación de
ψ con φ)

0,3 < ψ d < 0,4
Rango más eficiente

Compresores Múltiples Etapas
Un compresor multietapas no es más que unaserie de compresores de
una sola etapa, cada uno actuando aislado, pero es necesario conocer
El funcionamiento como un todo, sobre todo para entender las fuentes
De pérdidas en el compresor y la operación fuera de diseño

T0I
P0I

T0II
P0II

Compresores Múltiples Etapas
Es posible hacer un análisis por etapas donde las condiciones de salida de una sean las
Condiciones de entrada de lasiguiente y así repetir hasta que las condiciones de salida
Sean las requeridas, pero si las etapas del compresor son idénticas entre si

Se asume ηp ≈ ηetapa porque el
∆TO de la etapa es pequeño
ψ = ctte en todas las etapas

(γ −1)

T0 II
N ∆T0  P0 II  η pγ

= 1+
= 
T0 I
T0 I
 P0 I 
∆T0 =

ψU
Cp

2

Para compresores axiales, se tienen los siguientes valores comoreferencia
rp max etapa = 1,12 – 1,4 ∆T0max etapa = 40 K

Compresores Múltiples Etapas
La eficiencia del compresor multietapa se puede calcular


  P0 II
  P0 I
ηtt = 
 P
  0 II
  P0 I

γ −1
γ



 − 1 



γ −1

η pγ
 − 1



La eficiencia total a total será menor que la eficiencia politrópica.
Para efectos de diseño y análisis se fijaneficiencias politrópicas
ya que son independientes del número de etapas del compresor y
por lo tanto una más confiable manera de comparar pérdidas

Operación fuera de diseño
compresores multietapas
Stage Stacking: método para cálculo del
comportamiento de un compresor desde la entrada de
la primera etapa y tomando como condición de
entrada de la siguiente, la condición de salida previa.Cuando un compresor multietapas opera a velocidad
parcial o a baja carga, las diferentes etapas trabajan
a diferentes condiciones de manera simultánea: las
primeras etapas trabajan cerca de desprendimiento,
bajo flujo másico, alta incidencia, mientras las últimas
etapas trabajan cerca de estrangulamiento, debido a
que la densidad es baja, lo que produce un incremento
de la velocidad...