Como sugiere el nombre, los compresores de motores de turbina de gas proporcionan la parte de compresión del ciclo termodinámico del motor de turbina de gas . Hay tres categorías básicas de compresores de motores de turbina de gas: compresor axial , compresor centrífugo y compresor de flujo mixto . Un cuarto tipo, inusual, es el generador de gas de pistón libre , que combina las funciones de compresor y cámara de combustión en una unidad.
La mayoría de los motores a reacción de alta compresión utilizan compresores axiales por su alta eficiencia. En el compresor axial, el aire fluye en paralelo al eje de rotación. Los compresores axiales están diseñados para ser de varias etapas. Una etapa consta de una fila de álabes giratorios llamados rotor, que están conectados al eje central y una fila de álabes fijos o estacionarios llamados estator. En el compresor de flujo axial, el aire fluye de una etapa a otra. La función de los álabes del rotor es acelerar el aire entrante para aumentar la energía cinética del aire. Luego, el fluido se desacelera a través de los estatores y, como consecuencia, la energía cinética se convierte en aumento de presión por los estatores. A través del compresor, el área de flujo disminuye y los álabes se hacen cada vez más pequeños de una etapa a otra y esto compensa el aumento de la presión y la densidad del aire, creando una velocidad axial constante. En los compresores axiales, puede haber hasta 20 etapas entre la entrada de aire y la salida del compresor.
Los primeros motores a reacción utilizaban compresores centrífugos y todavía se utilizan en pequeños turborreactores y motores de turboeje.
El componente clave que hace que un compresor sea centrífugo es el impulsor centrífugo que contiene un conjunto de aspas giratorias. En un compresor centrífugo, el flujo de aire va perpendicular al eje de rotación. Cuando el aire pasa a través del impulsor giratorio, experimenta una fuerza centrífuga. El aire es empujado hacia el centro y este movimiento radial del aire da como resultado un aumento de presión y la generación de energía cinética. Luego, el aire pasa a través de otro componente clave del compresor centrífugo llamado sección difusora, cuya responsabilidad es convertir la energía cinética del aire en aumento de presión al reducir gradualmente la velocidad del aire. El difusor es un componente fijo o estático que acompaña el flujo de aire después de salir del impulsor. El impulsor y el difusor contribuyen aproximadamente con el 65% y el 35% de la presión total producida en el compresor centrífugo respectivamente.
Un compresor centrífugo típico de una sola etapa puede aumentar la presión en un factor de 4. Un compresor axial de una sola etapa similar solo puede aumentar la presión en un factor de 1,2, pero los compresores axiales tienen una ventaja sobre los compresores centrífugos debido a su capacidad de tener múltiples etapas. En los compresores de múltiples etapas, la presión se multiplica de fila a fila, lo que puede aumentar la presión en un factor de 40. Es mucho más difícil producir un compresor centrífugo multietapa eficiente porque el flujo debe canalizarse de regreso al eje en cada etapa, por lo tanto, la mayoría de los motores a reacción de alta compresión incorporan compresores axiales multietapa. Pero si solo se requiere una cantidad moderada de compresión, un compresor centrífugo es mucho más simple y eficiente de usar.
En el futuro, los compresores de flujo mixto pueden ocupar el extremo pequeño del mercado, particularmente en los turbofán, donde el diámetro relativamente grande a través del difusor de un compresor centrífugo es una desventaja significativa.
En el caso de relaciones de presión generales elevadas, el sistema de compresión suele dividirse en dos unidades: un compresor de baja presión (LP) montado en un eje, seguido de un compresor de alta presión (HP) montado en el eje de HP e impulsado por su propia turbina (HP). En los turbofán civiles, la primera etapa del compresor LP suele ser un ventilador de una sola etapa. Si la relación de presión del compresor HP supera aproximadamente 4,5:1, entonces la unidad probablemente tendrá una geometría variable (es decir, estatores variables) en las primeras etapas, para hacer que la línea de sobrepresión en el mapa del compresor sea más superficial, para adaptarse a la línea de trabajo poco profunda.
En sus grandes turbofán civiles, Rolls-Royce dividió el sistema de compresión en tres: un ventilador, un compresor de presión intermedia (IP) y un compresor de alta presión, cada unidad accionada por su propia unidad de turbina. El turbofán militar RB199 también tiene esta disposición.
Un generador de gas de pistón libre es un motor de pistón libre cuyo escape se utiliza para alimentar una turbina de gas. Combina las funciones de compresor y cámara de combustión en una sola unidad. Estas máquinas se utilizaron bastante en el período 1930-1960, pero luego cayeron en desuso. [1]