Compresor axial
Un compresor axial es un compresor de gas que puede presurizar gases continuamente . Se trata de un compresor rotativo basado en superficies aerodinámicas en el que el gas o fluido de trabajo fluye principalmente paralelo al eje de rotación o axialmente. Esto difiere de otros compresores rotativos como el compresor centrífugo., compresores centrífugos axiales y compresores de flujo mixto donde el flujo de fluido incluirá un "componente radial" a través del compresor. El nivel de energía del fluido aumenta a medida que fluye a través del compresor debido a la acción de las palas del rotor que ejercen un par sobre el fluido. Las paletas estacionarias reducen la velocidad del fluido, convirtiendo el componente circunferencial del flujo en presión. Los compresores suelen ser accionados por un motor eléctrico o una turbina de vapor o de gas. [1]
Los compresores de flujo axial producen un flujo continuo de gas comprimido y tienen los beneficios de una alta eficiencia y una gran tasa de flujo másico , particularmente en relación con su tamaño y sección transversal. Sin embargo, requieren varias filas de superficies aerodinámicas para lograr un gran aumento de presión, lo que los hace complejos y costosos en comparación con otros diseños (por ejemplo, compresores centrífugos).
Los compresores axiales son parte integral del diseño de grandes turbinas de gas , como motores a reacción, motores de barcos de alta velocidad y centrales eléctricas de pequeña escala. También se utilizan en aplicaciones industriales, como plantas de separación de aire de gran volumen, aire de alto horno , aire de craqueo catalítico de fluidos y deshidrogenación de propano . Debido a su alto rendimiento, alta confiabilidad y operación flexible durante la envolvente de vuelo, también se utilizan en motores de cohetes aeroespaciales , como bombas de combustible y en otras aplicaciones críticas de gran volumen. [2]
Los compresores axiales constan de componentes rotativos y estacionarios. Un eje impulsa un tambor central que está retenido por cojinetes dentro de una carcasa tubular estacionaria. Entre el tambor y la carcasa hay filas de superficies aerodinámicas, cada fila conectada al tambor oa la carcasa de manera alterna. Un par de una fila de superficies aerodinámicas giratorias y la siguiente fila de superficies aerodinámicas estacionarias se denomina etapa. Los perfiles aerodinámicos giratorios, también conocidos como álabes o rotores, aceleran el fluido tanto en dirección axial como circunferencial. Los perfiles aerodinámicos estacionarios, también conocidos como álabes o estatores, convierten el aumento de la energía cinética en presión estática a través de la difusión y redirigen la dirección del flujo del fluido para prepararlo para las palas del rotor de la siguiente etapa. [3]El área de la sección transversal entre el tambor del rotor y la carcasa se reduce en la dirección del flujo para mantener una velocidad axial de número de Mach óptima a medida que se comprime el fluido.
Como el fluido entra y sale en dirección axial, el componente centrífugo en la ecuación de energía no entra en juego. Aquí la compresión se basa completamente en la acción de difusión de los pasajes. La acción de difusión en el estator convierte la carga cinética absoluta del fluido en un aumento de presión. La cabeza cinética relativa en la ecuación de energía es un término que existe solo debido a la rotación del rotor. El rotor reduce la carga cinética relativa del fluido y la suma a la carga cinética absoluta del fluido, es decir, el impacto del rotor sobre las partículas del fluido aumenta su velocidad (absoluta) y, por lo tanto, reduce la velocidad relativa entre el fluido y el rotor. . En resumen, el rotor aumenta la velocidad absoluta del fluido y el estator la convierte en aumento de presión. Diseñar el paso del rotor con capacidad de difusión puede producir un aumento de presión además de su funcionamiento normal. Esto produce un mayor aumento de presión por etapa que constituye un estator y un rotor juntos. Este es el principio de reacción enturbomáquinas . Si el 50% del aumento de presión en una etapa se obtiene en la sección del rotor, se dice que tiene una reacción del 50%. [ cita requerida ]
