¿Cómo influye la rugosidad de la superficie de las piezas de fundiciones del compresor en la eficiencia del flujo de aire o la retención de presión en los sistemas de compresores?

Las superficies internas de las fundiciones del compresor interactúan directamente con el flujo de aire de alta velocidad que pasa a través del compresor. Cuando la rugosidad de la superficie se eleva, aumenta la resistencia de fricción ejercida sobre el fluido debido a irregularidades como picos microscópicos, valles y crestas. Estas imperfecciones superficiales interrumpen el flujo liso del aire, causando turbulencia y disipación de energía en forma de calor. Las pérdidas aerodinámicas resultantes requieren que el compresor gaste energía mecánica adicional para mantener la velocidad de flujo y la producción de presión deseadas, reduciendo así la eficiencia energética general y el aumento de los costos operativos. Minimizar la rugosidad de la superficie en los pasajes de flujo de aire crítico mejora las condiciones del flujo laminar y mejora el rendimiento del compresor.

La capa límite es una región delgada de fluido cerca de la superficie sólida donde los gradientes de velocidad son significativos. Las características de esta capa, aminar o turbulenta, dependen en gran medida de la textura de la superficie. Las superficies lisas fomentan una capa límite laminar que se adhiere estrechamente a la pared de fundición con una mezcla mínima, reduciendo la resistencia de fricción. En contraste, las superficies rugosas inducen la transición prematura de las capas límite laminares a las turbulentas, aumentando la separación del flujo y la mezcla de pérdidas. Este aumento de la turbulencia eleva la caída de presión a lo largo de la ruta de flujo y reduce la eficiencia aerodinámica de las etapas del compresor. El control efectivo del acabado superficial es, por lo tanto, esencial para optimizar el comportamiento de la capa límite y mantener la estabilidad del flujo en diferentes condiciones operativas.

Piñones A menudo, forman parte de los ensamblajes donde se requieren sellos herméticos y superficies de apareamiento precisas para mantener presiones internas. La rugosidad de la superficie excesiva en estas interfaces puede evitar el contacto completo o crear micro-canales a través de los cuales el aire comprimido puede filtrarse. Dicha fuga reduce la capacidad del compresor para mantener diferenciales de presión objetivo, disminuyendo la efectividad general del sistema y potencialmente causando problemas de seguridad o rendimiento. Las irregularidades de la superficie pueden acelerar el desgaste en los componentes de sellado, como las juntas tóricas o las juntas, comprometiendo aún más la integridad del sellado a largo plazo. Por lo tanto, lograr la rugosidad de la superficie controlada dentro de los límites especificados es fundamental para garantizar la retención de presión confiable y la seguridad operativa.

El perfil de la superficie rugosa puede actuar como una trampa para los contaminantes de partículas, la humedad y los agentes corrosivos presentes en el gas o el entorno comprimido. Con el tiempo, estos factores promueven el desgaste abrasivo, las picaduras y la corrosión, que exacerban aún más la rugosidad de la superficie y degradan el rendimiento del componente. Este deterioro progresivo conduce a una mayor pérdida de fricción, alteraciones del flujo y problemas de fuga, reduciendo la eficiencia del compresor y el acortamiento de los intervalos de mantenimiento. Utilizar las aleaciones resistentes a la corrosión y los tratamientos de superficie protectores, junto con el mantenimiento de superficies iniciales suaves, ayuda a mitigar estos mecanismos de degradación y extender la vida útil de los componentes.

La rugosidad de la superficie inicial de las piezas de fundición al compresor está determinada principalmente por el proceso de fundición utilizado, ya sea fundición a arena, fundición de inversión o fundición a matrices, cada una produce diferentes texturas superficiales y características microestructurales. Para cumplir con los estrictos requisitos aerodinámicos y de sellado, se aplican operaciones de acabado posteriores a la clasificación, como mecanizado de precisión, molienda, perfección o pulido para reducir la rugosidad a los niveles deseados. La definición de los parámetros de rugosidad de la superficie cuantitativa (por ejemplo, valores de RA, RZ o RT) dentro de las especificaciones de ingeniería permite un control y verificación de calidad consistentes. Estos pasos de finalización, al tiempo que agregan un costo de fabricación, ofrecen mejoras significativas de rendimiento al garantizar las características óptimas del flujo de aire y la efectividad del sellado.