¿Por qué los compresores restringen el flujo si esto disminuye la presión?

Su comprensión de la ecuación de Bernoulli es correcta, pero la situación en un compresor es más compleja, porque las paletas giratorias agregan energía.

Cuando el flujo subsónico disminuye en velocidad y no se agrega energía, la presión total permanece igual. Esto significa que la presión estática debe aumentar, porque la LHS de la ecuación de Bernoulli no cambia:

Pt = Ps + 1/2 x rho x velocidad ^ 2

Pero, en el compresor, las paletas giratorias agregan energía a partir del trabajo mecánico que realizan sobre el fluido y, por lo tanto, la presión total aumenta. Entonces, mientras la ecuación anterior aún se mantiene, el LHS ahora está aumentando. La presión estática viene dada por la ecuación de flujo compresible isoentrópica:

Pt = Ps x (1 + 0,2 x Mn^2).

Cuando alguien habla de cambio de "presión", debe ser muy claro si se refiere a presión estática o total .

Lo que hace el compresor es aumentar la presión total. Los valores totales son la medida de la energía en el flujo. Pero debido a que el número de Mach se mantiene casi igual desde la entrada hasta la salida del compresor, la presión estática también aumenta. Pero, esto no es realmente importante, aumentar la presión total es el factor significativo. Los valores totales representan el contenido de energía de un fluido, porque como puede ver en la ecuación de Bernoulli, el contenido de energía se puede intercambiar entre el término de velocidad y el término estático a medida que el fluido se acelera o se desacelera, pero esto es solo cambiar la energía de uno forma a otra, no está cambiando el contenido total de energía.

A medida que se comprime el aire en el compresor, en realidad necesita menos espacio, como sugiere su intuición. Un factor de complicación es que la temperatura del aire también está aumentando, por lo que no es solo el mismo volumen de aire a una presión más alta. Pero, si el compresor se expandiera como usted sugiere, la velocidad disminuiría demasiado y entonces el flujo de aire sobre el rotor y las palas del estator sería demasiado lento. Esto les haría perder su rendimiento aerodinámico. Las palas giratorias serían ineficaces para añadir energía y las palas se detendrían, ya que la velocidad de rotación sería demasiado alta en comparación con una velocidad axial baja. Una alta velocidad de rotación de las palas y una baja velocidad axial del aire hace que aumente el ángulo de ataque del aire sobre las palas. Se paran como el ala de un avión que va lento en un ángulo de ataque alto. Cuando el aire en el compresor se detiene, ya no quiere fluir en la dirección de aumento de la presión hacia la cámara de combustión. Invierte la dirección y las llamas pueden incluso salir por la parte delantera del motor. ¡No es bueno!

El flujo subsónico aumenta en velocidad cuando la sección transversal se estrecha aguas abajo. Si no se agrega energía, la presión disminuirá de acuerdo con la ley de Bernoulli. Sin embargo, en un compresor, cada etapa agregará energía al flujo, y esta energía eleva la presión estática. El estrechamiento es menor para aumentar la presión y mayor para garantizar una velocidad de flujo adecuada .