Compresores Centrifugos

COMPRESORES AXIALES:

Compresores axiales:Teoría alar. Efectos viscosos. Pérdidas. Performance
1. Introducción.
Los compresores axiales tienen ciertas ventajas y desventajas con respecto a los compresores centrífugos. Entre las ventajas se pueden citar menor área frontal (importante para usos aeronáuticos) y mayores relaciones de compresión y eficiencias, aunque estas últimas ventajas no sontan grandes si se consideran compresores centrífugos de varias etapas y de diseño moderno. Las principales desventajas del compresor axial son su costo y su relativamente menor robustez, dada la fragilidad de los álabes (comparando con el rotor centrífugo de una sola pieza). El compresor axial consiste en un rotor de forma cilíndrica que gira dentro de una carcasa o estator. El fluido de trabajocircula por el espacio anular entre el rotor y el estator, pasando por hileras de álabes fijos y móviles (Figura 4.1)

Figura 4.1: Compresor axial (Kováts)
El rotor está generalmente compuesto de discos en cuyas periferias se montan los álabes móviles (Figura 4.2):

Figura 4.2: Rotor de compresor axial típico (P&WA)

Los álabes, tanto fijos como móviles, de los compresores axiales, son ensu mayoría del tipo de reacción. Por lo tanto, se estudian y diseñan en base a la teoría de perfiles alares de la aerodinámica, por lo que se presenta una breve reseña de la misma.
2. Teoría alar.
2.1 General.
El ala de un avión, y los álabes de las turbomáquinas axiales de reacción, presentan una sección característica denominada sección o perfil alar. Existen un gran número de formas paraestas secciones, para aplicaciones específicas, cuyas características geométricas y fluidomecánicas se encuentran en varios textos, manuales e informes de ensayo.
2.2 Perfiles alares.
La Figura 4.3 indica los parámetros que definen a un perfil alar:

Figura 4.3: Perfil alar, nomenclatura (Gannio)
El perfil presenta al flujo un borde de ataque redondeado y uno de salida agudo. Las caras convexay cóncava definen el espesor del perfil y su línea media. La distancia entre las intersecciones de la línea media con el perfil define la cuerda t. El largo del álabe (envergadura del ala) es b.
2.3 Teoría del ala.
Cuando este perfil enfrenta una corriente de velocidad C formando un ángulo se genera sobre el perfil una fuerza que puede descomponerse en dos componentes, una perpendicular y otraparalela a la dirección del flujo libre. Estas fuerzas se denominan sustentación y resistencia al avance. La aparición de la sustentación puede explicarse en fluidos ideales por medios puramente matemáticos mediante la teoría de la circulación, mientras que la resistencia al avance es debida a la viscosidad del fluido y no aparece si se consideran fluidos ideales.

Existe un ángulo de ataque -a1tal que la sustentación desaparece (ángulo de sustentación nula) pero la resistencia al avance en fluidos reales nunca se anula totalmente.
2.3.1 Circulación.
En el estudio de flujos potenciales se trata el caso de un cilindro rotante inmerso en un flujo potencial y se encuentra que se genera una fuerza perpendicular a la dirección del flujo (efecto Magnus). El valor de esta fuerza L está dadopor:
L r c,
Donde  es la Circulación, dada por la integral de superficie de la velocidad tangencial del flujo sobre la periferia del cilindro. Este caso del cilindro con circulación puede transformarse mediante una transformación conforme en otra forma geométrica, muy similar a un perfil alar que forma un ángulo a* con el flujo. Este es el llamado teorema de Kutta-Joukovsky, y en él sedemuestra que la circulación en el plano transformado se puede calcular como:
p C t sena* ,
2.3.2 Coeficientes de sustentación y resistencia. Diagrama polar.
De lo visto, la gráfica del coeficiente de sustentación en función del ángulo de ataque es una línea recta con pendiente 2p. Esto se verifica experimentalmente pero sólo hasta ciertos valores máximos de ángulo de ataque (Figura 4.4):...