compresores axiales

COMPRESORES AXIALES

1.- INTRODUCCIÓN

La misión de los alabes del rotor accionados por la turbina, es aumentar la velocidad del aire y la presión dinámica, pues dicho rotor recoge la energía que le entrega la turbina. La presión estática aumenta también en el rotor, pues en el diseño de los alabes, se les da mayor sección de salida que de entrada, lo que provoca un efecto difusor.
En elestator, la velocidad decrece a medida que aumenta la presión estática, mientras que la presión dinámica disminuye al disminuir la velocidad, si bien esta disminución queda compensada por el aumento en el rotor.
Por lo tanto, en el rotor aumentan la velocidad y la presión total y en el estator disminuye la velocidad, aumenta la presión total y disminuye la presión dinámica. El aire va pasando del rotoral estator y así sucesivamente, aumentando la energía del gasto másico de aire para que llegue a la cámara de combustión en cantidad y presión adecuadas.
La temperatura aumenta al aumentar la presión, debido a que parte de la energía mecánica se convierte en calor.
El diseño de los turbocompresores axiales entraña una gran dificultad dada la importancia especial que el método aerodinámico y elmétodo de diseño de los alabes torsionados tiene en estas máquinas.
El ángulo de desviación, 1-2, de los alabes de un turbocompresor axial tiene que ser muy reducido si se quiere mantener un elevado rendimiento, siendo inferior a 45º, mientras que en las Turbinas de vapor o de gas es mucho mayor. De los triángulos de velocidades, Fig. VI.2, para una velocidad media, Ca= Cte, se obtiene,
C2u C1uW2u W1u
W2u - C2 cotg2 ; W1u - C1 cotg1












b) Sección interior de una turbina axial de dos ejes concéntricos

c) Sección interior de una turbina axial de dos ejes no concéntricos
Fig VI.1.- Sección interior de algunas turbina de gas axiales



Fig VI.2.-Escalonamiento de un turbocompresor axial y triángulos de velocidades



Fig VI.3.- Corona móvil y distribuidor de álabes guía en uncompresor axial

El salto entálpico periférico en un escalonamiento de un turbocompresor axial, es:
Tu = u Cu u (C2u - C1u ) u Ca (cotg1 - cotg2)
De esta ecuación se deduce que como en un turbocompresor axial la diferencia, cotg1 - cotg2, es muy pequeña, el aumento del salto por escalonamiento se tiene que conseguir mediante un aumento de la velocidad periférica u o de Ca. Como ambasposibilidades son muy limitadas, y como a un salto periférico pequeño le corresponde un incremento de presión por escalonamiento pequeño, la relación de compresión c por escalonamiento en los turbocompresores axiales es muy pequeña, del orden de 1,15 a 1,35 aproximadamente, y mucho menor que en el turbocompresor centrífugo.
Sin embargo esto no es problema para que en la actualidad el turbocompresoraxial predomine sobre el turbocompresor centrífugo en campos tales como las grandes potencias, los grandes caudales e incluso grandes relaciones de compresión para la impulsión de grandes caudales, del orden de, c = 4, que se alcanzan aumentando el número de escalonamientos.
Estos escalonamientos se suceden unos a otros, ya sean de tambor o de disco, constituyendo una máquina compacta con unareducida área transversal, Fig. VI.3, lo que constituye una gran ventaja sobre el turbocompresor centrífugo, p.e. en la aplicación a los turborreactores de los aviones que precisan de pequeñas superficies frontales.
Los turbocompresores axiales se clasifican en subsónicos y supersónicos. Nuestro estudio tratará únicamente de los turbocompresores subsónicos, que son los más corrientes.
Por lo querespecta a las pérdidas, saltos entálpicos, rendimientos, potencias, refrigeración, etc, lo visto en los turbocompresores centrífugos, es íntegramente aplicable a los turbocompresores axiales.
Como la relación de compresión por unidad es limitada, se pueden alcanzar valores extraordinariamente elevados, disponiendo un cierto número de ellas en serie.

1) Corona fija; 2) Estator; 3) Tambor; 4)...