COMPRESORES DE FLUJO AXIAL

TURBOMAQUINAS

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El compresor axial consiste en un rotor en forma cilíndrica que gira dentro de una carcasa o estator. El flujo de trabajo

circula por el espacio anular entre el rotor y el estator, pasando por hileras de alabes fijos y móviles.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Los compresores axiales poseen menor área frontal (importante para usos aeronáuticos) y mayores relaciones de compresión y eficiencias, esto respecto de los compresores centrífugos tradicionales.

Los compresores axiales poseen un alto costo y son menos robustos, dada la fragilidad de sus alabes (comparando con el rotor centrifugo de una sola pieza).

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

El rotor esta generalmente compuesto de discos en cuyas periferias se montan los alabes móviles.

Los alabes, tanto fijos como móviles, de los compresores axiales, son en su mayoría del tipo de reacción. Por lo tanto se estudian y diseñan en base a la teoría de perfiles alares de la aerodinámica.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Diagrama de Velocidades Los compresores axiales comprenden un numero de etapas, cada una de las cuales

consiste en una rueda móvil y una fija. En la primera se le entrega al fluido una cantidad de movimiento y en la segunda actúa como difusor, recobrando presión estática.

Los diagramas de velocidades se construyen en la forma usual, componiendo la velocidad periférica U y la velocidad absoluta C1 para formar la velocidad relativa W1 se asume habitualmente tal que coincida la tangente a la línea media del perfil alar.

Escalonamientos Un escalonamiento de compresor se define como una corona de rotor seguida por

una corona de estator . Los alabes del rotor están fijos al tambor del rotor y los alabes del estator a la carcasa.

El proceso de compresión para el escalonamiento completo se representa en un diagrama de Mollier que se ha generalizado para incluir los efectos de irreversibilidades.

Grado de Reacción

Para flujo incompresible y reversible se define como la relación entre el incremento de presión estática en el rotor y el aumento de presión estática en el escalonamiento.

Para flujo compresible e irreversible se

define de un forma mas

general como el cociente entre el

incremento de entalpia estática

del rotor y el aumento de

entalpia estática del

escalonamientoR = (P2 – P1) / (P3 –

P1 )R = (h2 – h1) / (h3 –

h1 )

Grado de Reacción

Manipulando la ecuación y sustituyendo los parámetros del diagrama de velocidad, se obtiene:

R = ½ + ( tan β2 – tan α1)Cx/(2U).

β2: Angulo de dirección del flujo a la salida del rotor.

α1: Dirección del flujo a la entrada del rotor.

U: velocidad del alabe.

El grado de reacción es un parámetro que tiene influencia importante en el rendimiento del escalonamiento.

Grado de Reacción

Si R= 0,5 ; α1 = β2 , entonces el aumento de entalpia se distribuye por igual entre el rotor y estator .

Si R>0,5 ; β2 > α1 , entonces, el aumento de entalpia estática en el rotor supera al del estator.

Si R<0,5 ; β2 < α1 , entonces, el aumento de entalpia estática en el estator supera al del rotor.

Estabilidad

Un aspecto destacado del comportamiento global de un compresor es el limite de funcionamiento estable conocido como línea de bombeo. Esto puede provocar que:

El compresor entre en bombeo, lo cual produce un aumento en el nivel de ruido y vibración mecánica.

Desprendimiento rotativo

Funcionamiento Fuera de Diseño

El aspecto mas importante a considerar cuando el compresor se encuentra funcionando bajo condiciones fuera de diseño es el aumento de presión.

Para calcular el aumento de presión en condiciones fuera de diseño se necesita conocer la variación del rendimiento del escalonamiento con el coeficiente de flujo. Para un escalonamiento ideal sin perdidas, el aumento de presión en flujo incompresible esta dado por:

Ψ = Δh/U^2 = ΔP/ρU^2