Prof. Humberto Vidal. Depto. de Ing. Mecnica.

Turbocompresores Axiales

Introduccin

Los primeros turbocompresores axiales se construyeron alrededor de 1900 por Sir Charles Parsons.

Relacin de compresin y rendimientos muy bajos del orden del 55%.

Mientras que en la actualidad los rendimientos son del orden de 85 a 90%.

Compresores centrfugos de 70 a 80%.

El compresor axial consiste en un rotor de forma cilndrica 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 labes fijos y

mviles.

Compresin de aire

El aire es comprimido de manera que la mxima cantidad de portador de energa

(molculas) pueda ser usado en el mnimo

de espacio.

CLASIFICACION DE LOS

TURBOCOMPRESORES

Los turbocompresores se clasifican en tres tipos:

Turbocompresores axiales

Turbocompresores centrfugos

Turbocompresores diagonales

Los turbocompresores axiales tambin tienen sus diferencias entre si y los ms

comunes son:

compresor simple

compresor doble

compresor triple (Rolls-Royce)

Turbocompresor axial, 11 etapas (En turbina de gas)

Turbocompresor axial, 11 etapas (Detalle de la succin)

Turbocompresor axial, 11 etapas (Detalle del rotor)

Principio de Funcionamiento (simulacin)

Turbocompresor Axial

Principio de Funcionamiento

Funcionan como los ventiladores axiales, pero normalmente estn constituidos de varias etapas.

Cada corona de alabes fijos (estator) juega el papel de difusor para el rotor precedente y de distribuidor para el siguiente.

Compresin por etapa es sensiblemente ms baja que el correspondiente a un compresor centrifugo.

Recorrido por el fluido es mucho ms directo, permite una construccin ms pequea y menor peso.

El flujo de aire corre paralelo al eje del compresor. Cada etapa del compresor est formada por una rueda de

labes mviles (rotor) y a continuacin otra de alabes estacionarios (estator).

En cada etapa se consigue una relacin de compresin entre 1.1:1 a 1.4:1, pudindose alcanzar relaciones de compresin totales de 15:1 o mayores (dependiendo del no de etapas)

El rendimiento es mayor que en los centrfugos.

Los compresores axiales se utilizan en el ciclo de las turbinas de gas y de los turborreactores de avin.

Su empleo caracterstico es el de turbocompresores no refrigerados, para grandes caudales (300 a 3000 m3/ minuto) y dbiles de presiones (2 o 3kg/ cm2 efectivos) para la inyeccin de aire en los altos hornos.

Asimismo, se construyen compresores mixtos, en los cuales las primeras etapas son del tipo axial y las restantes del tipo centrifugo.

Admisin de Aire

El conducto de admisin toma aire atmosfrico y lo conduce hasta la primera etapa.

En el conducto el aire es tratado para eliminar las impurezas.

Pueden provocar erosin, ensuciamiento y corrosin.

Tratamiento de aire

Separadores inerciales: Decantan las partculas por efecto de fuerzas

centrifugas, perdiendo velocidad

cayendo por su mayor peso al

fondo.(mayores 10 m).

Filtros de fibras: aire atraviesa una Maraa de fibras. filtros de

alfombra, enrollables, de bolsa y

rgidos.

Filtros de superficie: Filtran partculas menores 1 m, quedando en las superficie del filtro, la cada de

presin por ensuciamiento lleva a una

limpieza de estos.

Compresin

Debido al alto flujo requerido de la masa de aire, nunca se utiliza un Comp. de desplazamiento positivo.

Son siempre preferidos: el Compresor Centrfugo y el Compresor de Flujo Axial.

Un compresor axial puede

contener hasta 20 etapas

Algunas aplicaciones de

turbinas requieren de compresin del

orden de 200 psi en la descarga

Serie de discos metlicos fijos a un eje comn

El borde de cada disco soporta un

conjunto de alabes, montados

en ngulo

Este rotor imparte velocidad y presin

dinmica al aire

La reduccin levemente de la velocidad del aire entre cada disco del rotor (estator), levanta la presin esttica.

En el estator de la primera etapa, su

velocidad es reducida Disminucin de presin

dinmica

La temperatura aumenta al aumentar la presin, debido a que parte de la energa mecnica se convierte en calor.

Aproximadamente los 2/3 de la produccin total de energa de la turbina de gas, es usada para accionar el compresor .

La turbina de gas del tren Sulzer (Enap), de los 88000 hp que genera, 55000 hp son para accionar el compresor axial.

Materiales empleados en la

fabricacin del compresor

El disco del compresor se realiza en aleaciones de aluminio ligeras, para temperaturas hasta 200 C y aleaciones de titanio para temperaturas superiores a 200 C.

Los materiales empleados en la fabricacin de los labes del compresor se eligen teniendo en cuenta los fenmenos de influencia, fatiga, corrosin y erosin.

Se emplean aleaciones de titanio hasta 450 C y aceros de baja aleacin (cromo-molibdeno-vanadio) de buenas caractersticas mecnicas hasta los 500 C, pero que requieren proteccin contra los fenmenos de oxidacin.

CONTROL DE PERDIDA DE AIRE

La eficiencia de la turbina depende del grado de presurizacin que el compresor

genera

Segn la turbina es el tipo de sellos que se usa.

Ningn sello es totalmente perfecto.

SURGE

Fenmeno asociado al turbocompresor

Se produce por una diferencia de velocidades entre la entrada y la salida

Sus efectos, son alta vibracin, aumento de temperatura y ruido en exceso.

Existen varias sistemas para controlar este fenmeno.

SURGE

REFRIGERACION DE LOS

TURBOCOMPRESORES

Todo turbocompresor cuya relacin de presiones es superior a 2, debe ser

enfriado. Los tipos de refrigeracin mas

importantes son:

Refrigeracin continua.

refrigeracin por etapas.

FACTORES A CONSIDERAR EN LA SELECCIN DE

LOS SISTEMAS DE REFRIGERACION

Cuando se desea comprimir vapores de agua hay que tener cuidado en no

descender del punto de roco.

La evacuacin de calor al exterior puede ser desventajosa desde el punto de vista

de la rentabilidad de la instalacin

RENDIMIENTO DE LOS TURBOCOMPRESORES

Aunque el turbocompresor axial

tiene mejor rendimiento

que el radial, es mucho

ms sensible a las

variaciones de la carga;

su rendimiento disminuye

ms rpidamente al

variar las condiciones de

funcionamiento con

relacin al punto de

diseo