¿Por qué la relación del compresor del motor de turbina afecta la presión de estancamiento?

Esto podría ser solo un malentendido de mi parte, pero en un ciclo Brayton ideal, el flujo a través del compresor y la turbina es isoentrópico, lo que significa Δ s = 0 . Sin embargo, por lo general se le da la relación de presión del compresor para calcular la presión de estancamiento de salida, es decir

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donde la estación 3 es la salida y la estación 2 es la entrada. Esto no tiene ningún sentido para mí. En un proceso isoentrópico, la presión de estancamiento es constante , por lo que no entiendo cómo puede haber una relación. Entiendo que la presión aumenta en el compresor debido a la compresión del aire y al aumento de la temperatura, pero estos dos puntos de vista parecen contradictorios.

Respuestas (3)

Por presión de estancamiento supongo que te refieres a la presión total. El estancamiento no es un término comúnmente utilizado en el rendimiento de los motores de turbinas de gas, es más común en la aerodinámica. El compresor aumenta la presión total porque las paletas giratorias realizan un trabajo mecánico sobre el fluido.

Un par de comentarios más, para explicar con más detalle;

Primero, el flujo no es isoentrópico en un compresor. Solo lo sería si un compresor fuera 100% eficiente. La eficiencia en realidad se calcula por el grado en que no es isoentrópica. La eficiencia viene dada por el aumento de temperatura isoentrópica que ocurriría para el aumento de presión total dado, dividido por el aumento de temperatura total real. Un compresor eficiente obtiene el mismo aumento de presión, para un aumento de temperatura menor. Si bien podría pensar que una temperatura de salida más alta sería buena, porque significaría que podríamos quemar menos combustible, un mayor aumento de temperatura en el compresor requeriría más potencia en el eje para comprimir el aire, que se toma de la turbina y significa que la salida de la turbina el gas ahora es más frío y tiene una presión más baja y ahora no puede producir el mismo empuje.

En segundo lugar, la presión de estancamiento no es constante (incluso si fuera 100% isoentrópica). Este puede ser el caso en un flujo de fluido donde no ocurre intercambio de energía, pero en un compresor, las paletas giratorias están trabajando sobre el fluido. Esto aumenta su presión total. El área a la entrada y salida determina su velocidad (junto con su densidad). Las diferentes áreas, los cambios en la densidad y la presión total hacen que la presión estática tampoco sea la misma en la entrada y la salida.

Sospecho que estaba tratando de hacer coincidir las realidades de un motor a reacción real con las condiciones ideales de un ciclo Brayton. Es como señalar que el aire, de hecho, no es un gas ideal. Bien cierto el comportamiento de cada una de esas cosas es muy cercano a los modelos ideales que creamos para ellos

Un compresor utiliza la energía de rotación de un eje para convertir una corriente de aire estancada o de movimiento lento en una corriente de alta presión. Una turbina, por otro lado, utiliza una corriente de aire (o agua) de alta velocidad para hacer girar un eje con el fin de generar potencia en el eje para una serie de usos, principalmente para la generación de electricidad, pero como en los aviones, parte de la energía generada se utiliza para alimentar el compresor en el mismo motor a reacción.

Otra forma de verlo es esta: la energía se pone en un compresor mientras que en una turbina, la energía es la salida. También para un compresor, entra una corriente de aire de baja presión pero sale una corriente de alta presión. En una turbina, entra una corriente de alta presión y sale una corriente de baja presión.

Una explicación más detallada requiere primero comprender las leyes cero y primera de la termodinámica.

Tenga en cuenta que los compresores solo funcionan con aire, el equivalente para agua u otro líquido es una bomba.