El documento describe los turbocompresores axiales, los cuales comprimen aire mediante una serie de etapas de álabes fijos y móviles. Estos turbocompresores tienen mayores rendimientos que los centrífugos, funcionan a altas velocidades y caudales, y se usan comúnmente para comprimir aire en turbinas de gas y motores de avión. El aire entra, pasa por cada etapa donde se reduce su velocidad y aumenta su presión de forma gradual, hasta alcanzar la presión de descarga deseada.

1. Turbocompresores Axiales
Prof. Humberto Vidal.
Depto. de Ing. Mecánica.

2. Introducción
• Los primeros turbocompresores axiales se construyeron
alrededor de 1900 por Sir Charles Parsons.
• Relación de compresión y rendimientos muy bajos del
orden del 55%.
• Mientras que en la actualidad los rendimientos son del
orden de 85 a 90%.
• Compresores centrífugos de 70 a 80%.

3. • El compresor axial consiste en un rotor de forma
cilíndrica 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 álabes fijos y
móviles.

4. Compresión de aire
• El aire es comprimido de manera que la
máxima cantidad de portador de energía
(moléculas) pueda ser usado en el mínimo
de espacio.

5. CLASIFICACION DE LOS
TURBOCOMPRESORES
• Los turbocompresores se clasifican en
tres tipos:
Turbocompresores axiales
Turbocompresores centrífugos
Turbocompresores diagonales

6. Los turbocompresores axiales también
tienen sus diferencias entre si y los más
comunes son:
compresor simple
 compresor doble
compresor triple (Rolls-Royce)

7. Turbocompresor axial, 11 etapas
(En turbina de gas)

8. Turbocompresor axial, 11 etapas
(Detalle de la succión)

9. Turbocompresor axial, 11 etapas
(Detalle del rotor)

10. Principio de Funcionamiento
(simulación)
Turbocompresor Axial

11. Principio de Funcionamiento
• Funcionan como los ventiladores
axiales, pero normalmente están
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.
• Compresión por etapa es
sensiblemente más baja que el
correspondiente a un compresor
centrifugo.
• Recorrido por el fluido es mucho
más directo, permite una
construcción más pequeña y
menor peso.

12. • El flujo de aire corre paralelo al eje del compresor.
• Cada etapa del compresor está formada por una rueda de
álabes móviles (rotor) y a continuación otra de alabes
estacionarios (estator).
• En cada etapa se consigue una relación de compresión entre
1.1:1 a 1.4:1, pudiéndose alcanzar relaciones de compresión
totales de 15:1 o mayores (dependiendo del no de etapas)
• El rendimiento es mayor que en los centrífugos.

14. • Los compresores axiales se
utilizan en el ciclo de las turbinas
de gas y de los turborreactores
de avión.
• Su empleo característico es el de
turbocompresores no refrigerados,
para grandes caudales (300 a
3000 m3/ minuto) y débiles de
presiones (2 o 3kg/ cm2 efectivos)
para la inyección 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.

15. Admisión de Aire
• El conducto de admisión toma aire
atmosférico y lo conduce hasta la
primera etapa.
• En el conducto el aire es tratado para
eliminar las impurezas.
• Pueden provocar erosión, ensuciamiento
y corrosión.

16. Tratamiento de aire
• Separadores inerciales: Decantan las
partículas por efecto de fuerzas
centrifugas, perdiendo velocidad
cayendo por su mayor peso al
fondo.(mayores 10 μm).
• Filtros de fibras: aire atraviesa una
Maraña de fibras. filtros de
alfombra, enrollables, de bolsa y
rígidos.
• Filtros de superficie: Filtran partículas
menores 1 μm, quedando en las
superficie del filtro, la caída de
presión por ensuciamiento lleva a una
limpieza de estos.

17. Compresión
• Debido al alto flujo
requerido de la masa de
aire, nunca se utiliza un
Comp. de desplazamiento
positivo.
• Son siempre preferidos: el
Compresor Centrífugo y el
Compresor de Flujo Axial.

18. Algunas
aplicaciones de
turbinas requieren
de compresión del
orden de 200 psi en
la descarga
Un compresor
axial puede
contener hasta
20 etapas

19. El borde de cada
disco soporta un
conjunto de
alabes, montados
en ángulo
Serie de discos
Este rotor imparte
metálicos fijos a
velocidad y presión
un eje común
dinámica al aire

20. En el estator de la
primera etapa, su
velocidad es reducida
Disminución de presión
dinámica
La reducción levemente de
la velocidad del aire entre
cada disco del rotor
(estator), levanta la presión
estática.

21. • La temperatura aumenta al aumentar la presión,
debido a que parte de la energía mecánica se
convierte en calor.
• Aproximadamente los 2/3 de la producción total
de energía 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.

22. Materiales empleados en la
fabricación 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.

23. • Los materiales empleados en
la fabricación de los álabes del
compresor se eligen teniendo
en cuenta los fenómenos de
influencia, fatiga, corrosión y
erosión.
• Se emplean aleaciones de
titanio hasta 450° C y aceros
de baja aleación (cromo-
molibdeno-vanadio) de buenas
características mecánicas
hasta los 500 ° C, pero que
requieren protección contra los
fenómenos de oxidación.

24. CONTROL DE PERDIDA DE AIRE
La eficiencia de la turbina depende del
grado de presurización que el compresor
genera
Según la turbina es el tipo de sellos que se
usa.
Ningún sello es totalmente perfecto.

25. SURGE
Fenómeno asociado al turbocompresor
Se produce por una diferencia de
velocidades entre la entrada y la salida
Sus efectos, son alta vibración, aumento
de temperatura y ruido en exceso.
Existen varias sistemas para controlar
este fenómeno.

26. SURGE

27. REFRIGERACION DE LOS
TURBOCOMPRESORES
• Todo turbocompresor cuya relación de
presiones es superior a 2, debe ser
enfriado. Los tipos de refrigeración mas
importantes son:
Refrigeración continua.
 refrigeración por etapas.

28. FACTORES A CONSIDERAR EN LA SELECCIÓN DE
LOS SISTEMAS DE REFRIGERACION
Cuando se desea comprimir vapores de
agua hay que tener cuidado en no
descender del punto de rocío.
 La evacuación de calor al exterior puede
ser desventajosa desde el punto de vista
de la rentabilidad de la instalación

29. RENDIMIENTO DE LOS TURBOCOMPRESORES
• Aunque el
turbocompresor axial
tiene mejor rendimiento
que el radial, es mucho
más sensible a las
variaciones de la carga;
su rendimiento disminuye
más rápidamente al
variar las condiciones de
funcionamiento con
relación al punto de
diseño