Las máquinas rotativas tienen un papel enorme e importante en nuestra vida diaria, aunque rara vez pensamos en ellas. Las turbinas de vapor en las plantas de energía eléctrica hacen girar los ejes del generador eléctrico que producen la electricidad que llega a nuestros hogares y oficinas. Al conducir hacia o desde el trabajo, el ciclo alternativo en el motor de combustión interna de su vehículo da como resultado la rotación de la transmisión y las ruedas de los vehículos, mientras que el funcionamiento de la rueda del automóvil eléctrico es el resultado de la rotación del motor de inducción. Si se sube a un avión, la rotación del motor de turbina de gas turbo reactivo produce el empuje efectivo para mantener el vuelo moviéndose, comprimiendo y lanzando el gas detrás del avión. Incluso podemos encontrar los efectos útiles de la rotación en nuestras cocinas cuando estamos licuando la comida o lavándonos.
Aunque estas máquinas giratorias son diferentes, los enfoques para modelar la dinámica de su rotor son prácticamente los mismos, ya que se producen procesos similares en piezas giratorias que difieren en sus vibraciones de las máquinas no giratorias.
¿Recuerdas el ejemplo de la lavadora giratoria? ¿Alguna vez lo has visto saltar al suelo tratando de exprimir tu armario? Apostamos a que sí. Este es el ejemplo más simple del mayor desequilibrio que afecta las amplitudes de las vibraciones de la máquina. Las lavadoras están diseñadas para experimentar estas vibraciones notables durante su funcionamiento sin romperse. Pero las turbinas de vapor o los rotores del compresor que tienen espacios reducidos entre los impulsores y la carcasa no pueden presumir de ese margen de maniobra. Además de eso, las vibraciones excesivas influyen significativamente en la vida útil de la máquina debido al aumento de la fatiga.
Esta es la razón por la que las predicciones de la dinámica del rotor son una de las partes más importantes de los análisis de máquinas rotativas. Y aunque pueden parecer más fáciles que las investigaciones exhaustivas de tensión-deformación de los componentes de la máquina, en algunos casos el análisis de la dinámica del rotor puede ser la parte más complicada.
Por lo general, los análisis de la dinámica del rotor se dividen en etapas laterales y torsionales según la naturaleza de la respuesta del rotor que se utilizará. Se discuten en diferentes tipos de normas (API [1], ISO [2], etc.). Consideremos el ejemplo de las vibraciones laterales de un rotor de compresor de 4 etapas con una velocidad operativa de 8856 rpm.
Este rotor gira en los cojinetes de muñón de película de aceite de las almohadillas de 4 inclinaciones. Las características de estos cojinetes deben determinarse cuidadosamente para asegurar que no habrá un desgaste excesivo, generación de calor o fricción en ellos.
Además de eso, los cojinetes proporcionan al rotor características adicionales de rigidez y amortiguación que requieren un cálculo y una consideración adecuada en el modelo de rotor.
El diseño del rotor incluye cuatro impulsores conectados por el eje. La longitud del impulsor es significativamente menor que sus diámetros, lo que les permite ser considerados como masas puntuales, es decir, los objetos con longitud cero pero que tienen todas las propiedades de inercia.
El eje está modelado por los elementos de la viga basados en el método de elementos finitos, el mejor amigo de un ingeniero en nuestro mundo moderno.
Después de todo, el modelo simplificado de dinámica de rotor incluye el eje; los impulsores, representados por las masas puntuales conectadas a él; y los cojinetes modelados por resortes y amortiguadores con propiedades previamente determinadas; y unido al eje en las ubicaciones de los asientos de los cojinetes.
El alcance adicional de los análisis de la dinámica del rotor es la predicción de las propiedades de vibración del rotor en diferentes condiciones. Los análisis laterales incluyen la determinación de la velocidad crítica para las propiedades reales del rodamiento: gráfico del mapa de velocidad crítica para cambiar las propiedades del rodamiento; modelado de respuesta de desequilibrio para los desequilibrios residuales máximos permitidos, colocados en las ubicaciones de las deflexiones de vibración máximas; estimaciones de estabilidad; y predicciones de respuesta armónica y transitoria, bajo la acción de las correspondientes fuentes de excitación, etc.
Las predicciones de la respuesta al desequilibrio indican dónde se produce la amplitud máxima de las vibraciones del rotor, por lo que compararlas con las holguras indica a los ingenieros si esta respuesta es segura o no.
Además de los tipos de análisis de la dinámica del rotor, hay una gran cantidad de condiciones y fuentes de excitación diferentes que deben tenerse en cuenta durante los análisis. Se trata de fuerzas de acoplamiento cruzado, sellos, motores, engranajes y acoplamientos, etc. La representación correcta de ellos en modelos simplificados es un deber de un ingeniero cuya experiencia une las mejores prácticas de todas las épocas y las últimas investigaciones con una determinada máquina aquí y ahora. Los ingenieros experimentados que utilizan el software de dinámica de rotor más potente hacen de nuestro mundo un lugar mejor y más seguro para todos.
Las simulaciones de dinámica de rotor son una parte importante del proceso de diseño de cualquier turbomáquina. Estas simulaciones involucran varios análisis de los parámetros de los rodamientos y la respuesta a la vibración del rotor, que generalmente pueden ser tanto laterales como torsionales bajo diferentes fuentes de excitación. Cojinete AxSTREAM™ y AxSTREAM RotorDinámica™ proporciona a sus usuarios un modelo completo del funcionamiento de los rodamientos y rotores sobre la base de enfoques reconocidos y estándares API. Para aprender más sobre Cojinete AxSTREAM™ y AxSTREAM RotorDinámica™, programe una reunión con nuestro equipo en Información@SoftInWay.com or solicite una prueba aquí
Referencias
