Post on 17-Oct-2015
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