Termodinámica del Compresor

Dibujo informático del esquema de turbina de gas que muestra las ecuaciones de relación de presión, relación de temperatura y trabajo para un compresor.

La mayoría de los aviones militares y de pasajeros modernos son propulsados por motores de turbina de gas, también llamados motores de reacción. Todos los tipos de motores a reacción tienen partes en común.Todos los motores a reacción tienen un compresor para aumentar la presión del aire entrante. Actualmente hay dos diseños de compresores principales que se encuentran en los motores a reacción: el compresor axial, en el que el aire fluye paralelo al eje de rotación,y el compresor centrífugo, en el que el aire se vuelve perpendicular al eje de rotación. En cualquier diseño, el trabajo del compresor es aumentar la presión del flujo. Medimos el aumento por la relación de presión del compresor (CPR), que es la relación entre la presión total de aire pt que sale del compresor y la presión de aire que entra en el compresor. Este número es siempre mayor que 1.0.En referencia a nuestra numeración de estaciones, la entrada del compresor es la estación 2 y la estación exitis del compresor 3.La CPR es igual a pt3 dividido por pt2, como se muestra en la guía.

CPR = pt3 / pt2 >= 1.0

Para producir el aumento de presión, el compresor debe realizar un trabajo en el flujo. En el compresor axial, se montan cascadas de pequeños perfiles de aire en un eje que gira a una alta velocidad. Por lo general, se utilizan varias filas o etapas para producir una RCP alta, y cada etapa produce un pequeño aumento de la presión. En el compresor centrífugo, un aumento adicional de la presión resulta de girar el flujo radialmente, irradiando desde o convergiendo hacia un centro común.Dado que no se añade ni extrae calor externo del compresor durante el aumento de la presión, el proceso esentrópico. La temperatura total Tt3 / Tt2 a través del compresor está relacionada con la relación de presión por medio de las ecuaciones de flujo centrópico.

Tt3 / Tt2 = (pt3 / pt2) ^((gam -1) / gam)

donde gam es la proporción de calores específicos.

Se debe trabajar para girar el eje en el que se monta el compresor. A partir de la conservación de energía, el trabajo del compresor por masa de flujo de aire CW es igual al cambio en la entalpía específica ht del flujo desde la entrada hasta la salida del compresor.

CW = ht3 – ht2

El término “específico” significa por masa de flujo de aire. La entalpía en la entrada y salida está relacionada con la temperatura total Tt en esas estaciones.

CW = cp * (Tt3-Tt2)

Realizando un pequeño álgebra, llegamos a la ecuación:

CW = 2 * / nc

que relaciona el trabajo requerido para girar el compresor con la relación de presión del compresor, la temperatura total entrante, algunas propiedades del gas y un factor de eficiencia nc. El factor de eficiencia se incluye toaccount el rendimiento real del compresor, en oposición al ideal, isentrópica de rendimiento. En un mundo ideal, el valor de la eficiencia sería 1.0; en realidad, siempre es menor que 1.0.So se necesita trabajo adicional para superar la ineficiencia del compresor para producir la RCP deseada. El trabajo es proporcionado por la turbina de potencia, que está conectada al compresor por el eje central.

Observe que la RCP está relacionada con la relación de temperatura total a través del compresor. Dado que la RCP siempre es mayor que 1,0 y el valor de gam, la relación de calores específicos, es de aproximadamente 1,4 para el aire, la relación de temperatura total también es mayor que 1,0.El aire se calienta a medida que pasa a través del compresor.Hay límites de temperatura en los materiales del compresor.En algunos motores, la temperatura a la salida del compresor se convierte en una restricción de diseño, un factor que limita el rendimiento del motor.Ahora puede usar motores para estudiar los efectos de diferentes materiales en el funcionamiento del motor.

Actividades:
Visitas Guiadas