Compresores Axiales
El compresor axial fue utilizado en alguna de las primeras turbinas, pero debido a los pocos conocimientos de aerodinámica de la época, dio como resultado compresores con rendimientos muy bajos. Hoy en día, gracias a su alto rendimiento y facilidad de acoplamiento es el más utilizado en aviación. Los compresores axiales están formados por varios discos llamados rotores y estatores que llevan acoplados una serie de álabes. Entre rotor y rotor se coloca un espaciador, el cual permite que se introduzca un estator entre ambos. Estos espaciadores pueden ser independientes o pertenecer al rotor. Cada disco de rotor y estator forman un escalón de compresor. En el rotor se acelera la corriente fluida para que en el estator se vuelva a frenar, convirtiendo la energía cinética en presión. Este proceso se repite en cada escalón. En algunos compresores se colocan en el cárter de entrada unos álabes guía, los cuales no forman parte del compresor, pues solo orientan la corriente para que entre con el ángulo adecuado. 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 son tan grandes si se consideran compresores centrífugos 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). Su tamaño y su peso menores no tienen mucha valor, tomando en cuenta, sobre todo, el hecho de que los precios son comparables a los de las maquinas alternativas diseñadas para las mismas condiciones. Las desventajas incluyen una
gama operacional limitada, mayor vulnerabilidad a la corrosión y la erosión y propensión a las deposiciones. El compresor axial consiste en un rotor de forma cilíndrica que gira dentro de una carcasa o estator. El fluido de trabajo circula por el espacio anular entre el rotor y el estator, pasando por hileras de álabes fijos y móviles
Figura 4.1: Compresor axial (Kováts)
El rotor está generalmente compuesto de discos en cuyas periferias se montan los álabes móviles
Figura 4.2: Rotor de compresor axial típico (P&WA)
Los álabes, 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, por lo que se presenta una breve reseña de la misma.
Funcionamiento
El fluido en un compresor axial, fluye en la dirección del eje del compresor a través de una serie de álabes móviles o álabes del rotor acoplados al eje por medio de un disco y una serie de álabes fijos o álabes del estator acoplados a la carcasa del compresor y concéntricos al eje de rotación. Cada conjunto de álabes móviles y álabes fijos forman una etapa del compresor. El fluido es tomado por el conjunto de álabes móviles e impulsado hacia atrás en sentido axial y entregado al conjunto de álabes fijos con una mayor velocidad. Los álabes fijos o álabes del estator actúan como difusor en cada etapa, transformando la energía cinética del aire en energía potencial en forma de presión y a su vez, dan al flujo el ángulo adecuado para entrar en los álabes móviles de la siguiente etapa. Cada etapa de un compresor axial produce un pequeño incremento en la presión del aire, valores que rara vez superan relaciones de 1.1:1 a 1.2:1 . Un mayor incremento de presión en un compresor axial se logra instalando varias etapas, presentándose una reducción en la sección transversal a medida que el aire es comprimido.
Estructura Rotor
Rotor de tambor Rotor de disco
Estator
Estator de pieza única Estator de dos piezas Anillos independientes
Los compresores de flujo axial están disponibles desde unos 20000 PCMS hasta más de 40000 PCMS y producen presiones de hasta 65 psi en un compresor industrial típico de 12 etapas, o de un poco más de 100 psi, con los turbocompresores de 15 etapas, estos tipos se emplean en turbinas de gas y motores de reacción (jet) para aviones, excepto los muy pequeños. También se emplean mucho en aplicaciones que requieren flujos de gas superiores a 75000 o 100000 PCMS en especial porque son más eficientes que los centrífugos de etapas múltiples, de tamaño comparable. El axial suele costar más que el centrífugo y, en tamaños más pequeños, solo se justifica por su mayor eficiencia.
