FACTOR DE DISMINUCIÓN DE TRABAJO EN LOS TURBOCOMPRESORES AXIALES (II)

El que el factor W sea menor que la unidad se debe a que la velocidad media ca se ha obtenido mediante la ecuación de continuidad, en el supuesto de que ca sea constante de la base a la punta del álabe.
Sin embargo, en el turbocompresor axial real el valor de ca no es constante, como se indica en la Fig VI.5, que representa la variación de ca según medidas experimentales desde la base a la punta del álabe del turbocompresor axial, por lo que el valor de ca en la ecuación:

es excesivamente elevado; como consecuencia de la distribución no uniforme de la velocidad ca, el valor de Dcu y el factor (cotgb1 - cotg b2) también son excesivos.
En los cálculos, el factor de disminución de trabajo se puede suponer del orden de 0,86; depende de la relación de cubo n, y para más exactitud deberá tomarse de la Fig VI.6 en función de dicha relación.

FACTOR DE DISMINUCIÓN DE TRABAJO EN LOS TURBOCOMPRESORES AXIALES (I)

Las ecuaciones que se han visto hasta ahora son sólo válidas en la teoría unidimensional, es decir, para un número infinito de álabes, por lo que en el turbocompresor axial es preciso considerar, al igual que se hizo en el turbocompresor radial, un factor de disminución de trabajo.
El trabajo periférico o energía comunicada al fluido por el rodete, Tu¥, (teoría unidimensional), es:

ESTATOR DE UN TURBOCOMPRESOR AXIAL

Asimismo el incremento de presión teórico en el estator (corona fija) del escalonamiento de un turbocompresor axial con, r = Cte y c3 @ c1, es:

por cuanto se trata de un proceso adiabático y en el mismo no se realiza ningún trabajo.
El aumento de entalpía es debido a un proceso de difusión, c2 > c1.
El establecer la hipótesis (r = Cte) equivale a tratar al compresor como una bomba hidráulica, por lo que las ecuaciones anteriores son las que dan los incrementos de presión en una bomba hidráulica o en un ventilador, ambos de tipo axial, mientras que en los turbocompresores axiales no constituyen más que una aproximación.

ROTOR DE UN TURBOCOMPRESOR AXIAL

En la corona móvil del escalonamiento de un turbocompresor axial con, r = Cte, el incremento de entalpía, (para un observador que acompaña al fluido), es de la forma:

que indica que, el aumento de entalpía en el rotor implica un aumento de la presión estática, debido al proceso de difusión del flujo relativo, w1 > w2.

INCREMENTO DE LA PRESIÓN TEÓRICA EN UN ESCALONAMIENTO DE TURBOCOMPRESOR AXIAL

El incremento de entalpía en un escalonamiento adiabático del compresor es igual al trabajo realizado:

habiendo supuesto que la energía cinética es sensiblemente la misma a la salida del escalonamiento 3 que a la entrada del escalonamiento 1, c3 c1.
Como en un turbocompresor axial el incremento de presión por escalonamiento es muy reducido, la variación de la densidad r es también muy pequeña; si en primera aproximación se supone, para un solo escalonamiento, que la densidad r = Cte, (no para el turbocompresor completo), se obtiene:

COMPRESORES AXIALES (TG) - INTRODUCCIÓN (II)

De esta ecuación se deduce que como en un turbocompresor axial la diferencia (cotgb1 - cotg b2) 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 ambas posibilidades son muy limitadas, y como a un salto periférico pequeño le corresponde un incremento de presión por escalonamiento pequeño, la relación de compresión ec 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 ésto no es problema para que en la actualidad el turbocompresor axial 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 ec = 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 una reducida 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 que respecta 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.

COMPRESORES AXIALES (TG) - INTRODUCCIÓN (I)

La misión de los álabes 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 álabes, se les da mayor sección de salida que de entrada, lo que provoca un efecto difusor.
En el estator, 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 rotor al 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 el método de diseño de los álabes torsionados tiene en estas máquinas.
El ángulo de desviación (b1-b2) de los álabes 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: