TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS CT-3412 Prof. Nathaly Moreno Salas Ing. Victor Trejo

4. Aspectos Generales de las Máquinas 3

Turbocompresores

Turbocompresor axial industrial

Turbocompresores: Definición





Es una TMT en la cual se le transfiere energía a un fluido de trabajo (generalmente aire) en forma de un aumento de presión Se considera compresor a partir de relaciones de compresión mayores a 2:
Ventilador: Π p2

Fuente: Presentaciones de la asignatura Turbocompresores y ventiladores de la universidad de Stuttgart

Compresores centrífugos Son empleados en pequeñas turbinas a gas y son parte integral de la industria petroquímica gracias a su operación suave, alta tolerancia a fluctuaciones en el proceso y alta confiabilidad


Turbocompresor radial de 4 etapas

Permiten altas relaciones de compresión (1.4-6) por etapa para flujos másicos menores a los que puede manejar uno axial. Su geometría permite la instalación sencilla de unidades de interenfriamiento




Presión y velocidad a lo largo de una etapa de compresión radial

Fuente: Gas turbine Handbook – Boyce M.

Compresores axiales Maneja grandes flujos volumétricos con pequeñas relaciones de compresión por etapa (1.1-1.4) con altas eficiencias, pero es muy sensible a variaciones de las condiciones de operación







Proceso de compresión en un compresor axial

Muy atractivos para impulso de aviones debido a su bajo volumen, menor superficie frontal y menor peso para el mismo flujo másico y misma relación de compresión. Empleados en turbinas a gas de gran potencia.

Fuentes: Gas turbine Handbook – Boyce M. Presentaciones de la asignatura Turbocompresores y ventiladores de la universidad de Stuttgart

Inestabilidades en turbocompresores


La desaceleración brusca del fluido de trabajo o la entrada del fluido con un triángulo de velocidad muy diferente al de diseño puede causar inestabilidades que disminuyen la eficiencia y que pueden comprometer la integridad de la máquina. Las inestabilidades más importantes son: Stall (entrada en pérdida), rotating stall (entrada en pérdida rotativa) y surge (bombeo) Cuando en un avión, la velocidad de viento relativa está muy alejada de la de diseño, se produce stall y disminuye la sustentación

Stall (entrada en pérdida) Cuando los ángulos de incidencia se alejan de los ángulos de diseño, se produce desprendimiento y por tanto recirculación local, vibraciones y pérdidas (aumento del empuje y disminución
El fenómeno de stall perturba el de la sustentación). campo de velocidades, por lo que produce también pérdidas en las Fuente: Turbomachinery design and theory – Dekker M. etapas subsecuentes del compresor.


Rotating Stall (entrada en pérdida rotativa)


Cuando se produce stall, la perturbación en el campo de velocidades afecta a los álabes adyacentes, cambiando la incidencia del flujo y produciendo stall a su vez en el siguiente álabe al tiempo que se normaliza el campo de velocidades en el primero. El rotating stall redistribuye el flujo másico en el rotor, pero sigue pasando el Contornos de presión en rotating stall (2 celdas con stall) correspondiente al punto de operación.
La velocidad de propagación del

rotating stall está relacionada con la velocidad de giro de la máquina y con el número de celdas en stall. El rotating stall es de interés porque si la frecuencia de propagación se acerca a la natural del álabe, pueden Mecanismo de propagación de stall ocasionarse daños graves. Fuente: Mechanics and thermodynamics of turbomachinery – Dixon S.

Surge (bombeo)


Está asociado a la operación a bajos flujos másicos. Se refiere a violentas oscilaciones de flujo másico y presión a lo largo de la máquina que se produce cuando el fluido se regresa a zonas de menor presión y vuelve a ser comprimido.

Variación de presión durante surge


Falla de motor de avión debido a surge

Tiene como consecuencias niveles altos de vibración y ruido y aumento importante de la temperatura del fluido. Esto puede dañar la máquina muy rápidamente, por lo que evitarlo es un aspecto muy importante de la operación de los turbocompresores.

Fuente: Presentaciones de la asignatura Turbocompresores y ventiladores de la universidad de Stuttgart

Construcción: Carcasa partida


Facilita labores de mantenimiento, pero soporta niveles de presión más bajos debido a la mayor área de sellado.

Construcción: Tipo barril


Mantenimiento más difícil, pero tiene menor área de sellado y soporta niveles de presión más altos.

Resumen


En esta presentación se hizo una introducción a las turbinas a vapor, a las turbinas a gas y a los turbocompresores mencionando aspectos generales de cada equipo y algunas particularidades resaltantes. Este contenido permite contextualizar los aspectos técnicos tratados durante el curso.