Aplicación del método de la matriz de transferencia para la determinación de las formas modales y velocidades críticas en rotores flexibles

Abstract

El estudio de la dinámica de los rotores y la determinación de las velocidades críticas es un tema de constante desarrollo en la mecánica. El mismo cobra fundamental importancia en las modernas turbomáquinas, ya sea, a la hora de realizar un adecuado diseño, o al momento de realizar el análisis de su respuesta en funcionamiento, es decir, sus vibraciones y orbitas [1]. Esto se debe principalmente a que, al reducir el peso de las máquinas e incrementar su potencia, estas generalmente, trabajan por encima de alguna de sus velocidades críticas. El método de la matriz de transferencia es uno de los métodos propuestos en la bibliografía [2,3] para la determinación de las formas modales y las frecuencias críticas de un rotor. El mismo es de sencilla aplicación, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados empleando relativamente poca capacidad de cálculo. Actualmente hay enfoques que emplean el método de los elementos finitos con el mismo objetivo, pero este implica una matemática y una programación más compleja y mayor capacidad de cálculo. Es por ello que en este trabajo se emplea el método de la matriz de trasferencia para generar un algoritmo que permite determinar las formas modales y velocidades críticas de un rotor partiendo de algunos datos geométricos simples. El programa presenta una interface amigable e intuitiva para que el analista de vibraciones o el diseñador mecánico lo puedan emplear fácilmente. Los datos que entrega el programa son útiles para estimar pesos y posiciones de masas de balanceo mediante el método de balanceo modal, para estimar las vibraciones del sistema, o para corregir condiciones desfavorables de operación. Los resultados obtenidos por este método se comparan con modelos de elementos finitos y resultados experimentales. Además, se emplea el método para analizar un rotor real de una turbina de gas de una central de generación de energía.