6.2.3: Compresor
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Figura 6.5: Tipos de compresores de chorro.
En el compresor, la presión del aire entrante se incrementa por el trabajo mecánico. Existen dos tipos fundamentales de compresores: axiales y centrífugos. Véase la Figura 6.5 como ilustración de estos dos tipos.
Figura 6.6: Compresor axial.
En compresores axiales el flujo va paralelo al eje de rotación, es decir, paralelo a la dirección axial. En un compresor centrífugo el flujo de aire va perpendicular al eje de rotación. Los primeros motores a reacción utilizaron compresores centrífugos, y todavía se utilizan en turborreactores pequeños. Los turborreactores y turboventiladores modernos suelen emplear compresores axiales. Un compresor axial está compuesto por un rotor-estator doble (si el compresor es multietapa, entonces habrá una dupla por etapa). En resumen, el rotor aumenta la velocidad absoluta del fluido y el estator lo convierte en aumento de presión como ilustra la Figura 6.6.
Un compresor centrífugo típico de una sola etapa aumenta la presión del flujo de aire en un factor de 4. Un compresor axial de una sola etapa similar producirá un aumento de presión de entre 15% y 60%, es decir, relaciones de presión de 1.15-1.6 (pequeñas en comparación con el centrífugo). La ventaja fundamental del compresor axial es que varias etapas se pueden unir fácilmente entre sí, dando lugar a un compresor axial multietapa, que puede suministrar aire con una relación de presión de 40. Es mucho más difícil producir un compresor centrífugo multietapa eficiente y, por lo tanto, la mayoría de los motores a reacción de alta compresión incorporan compresores axiales multietapa. Si solo se requiere una cantidad moderada de compresión, la mejor opción sería un compresor centrífugo.
Centrémonos ahora en las ecuaciones que rigen la evolución del flujo de aire sobre el compresor.
El aumento de presión se cuantifica en términos de la llamada relación de presión del compresor (RCP), que es la relación entre la presión de aire de salida y entrada. Usando los números de estación de la Figura 6.2, la RCP se puede expresar como la presión de estancamiento en la etapa 3 (\(p_{3t}\)) dividida por la presión de estancamiento en la etapa 2 (\(p_{2t}\)):
\[CPR = \dfrac{p_{3t}}{p_{2t}}.\nonumber\]
El proceso puede considerarse adiabático. Así, de acuerdo con la relación termodinámica entre presión y temperatura dada en la Ecuación (6.2.1.9), la RCP también se puede expresar de la siguiente manera:
\[CPR = \dfrac{p_{3t}}{p_{2t}} = \left (\dfrac{T_{3t}}{T_{2t}} \right )^{\tfrac{\gamma}{(\gamma - 1)}},\nonumber\]
donde\(\gamma\) es la relación de calores específicos (\(\gamma \approx 1.4\)para el aire).
Refiriendo al lector a la Sección 6.2.1 y realizando algunas operaciones algebraicas, el trabajo mecánico consumido por el compresor se puede expresar:
\[W_{comp} = \dfrac{cT_{2t}}{\eta_c} (CPR^{\tfrac{(\gamma - 1)}{\gamma}} - 1),\]
donde\(c\) está el calor específico del gas y\(\eta_c\) es la eficiencia del compresor. Se incluye el factor de eficiencia para dar cuenta del desempeño real frente al ideal. Observe que el trabajo mecánico necesario es proporcionado por la turbina de potencia, que está conectada al compresor por un eje central.