Analisis de vibraciones con herramientas CAE y el desarrollo rapido de productos

1 INTRODUCCIÓN
El objetivo principal de las empresas de manufactura es mantener los beneficios y la
competitividad, lo que se traduce en ganar y trabajar para el negocio. Este objetivo se ha estado
logrando con diferentes técnicas y filosofías que se han afinando a través de los años, sin
embargo, el enfoque actual es hacia la creación de productos innovadores que se desarrollenrápidamente, con lo cual se gana un amplio segmento en el mercado (Roth, 2002).
Entre las formas de desarrollar rápidamente los productos está el uso de herramientas CAE,
al inicio de la cadena de desarrollo para hacer análisis moderados, los cuales permiten predecir el comportamiento y determinar con precisión cuales propuestas se deben rechazar, cuales se pueden corregir o cuales son adecuadas, evitandocuellos de botella, retornos en la cadena de diseño y reduciendo la creación de prototipos físicos (ANSYS, 2003). Sin embargo, existe una limitada comprensión tecnológica en los ingenieros y diseñadores al usar estas herramientas en cualquier campo (ya sean estudios estructurales, fluidos, transferencia de calor, electrónica, o vibraciones), aún cuando estas herramientas vienen cada vez másinteractivas sólo un grupo muy selecto domina cosas esenciales.
Dada la importancia del análisis y las debilidades en la comprensión, y por consiguiente uso de las herramientas CAE, en este artículo se presentará un programa desarrollado en MATLAB el cual modela sistemas rotativos de forma simple para luego interactuar con ANSYS, simulando y determinando las características dinámicas de los rotores:frecuencias naturales, modos de vibración, velocidades críticas y respuesta armónica del sistema (Vergara, 2003).
Este programa puede utilizarse en las etapas iniciales del desarrollo de un producto cuyo
componente principal sea un rotor para evaluar diferentes ideas, filtrar debilidades de diseño antes de un análisis más detallado y permitir más tiempo y energía para consagrar a las partes delproceso de desarrollo del producto que requieran originalidad, creatividad e imaginación.

5 ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN SISTEMAS ROTATIVOS
Un sistema rotativo, es un ensamble compuesto por un eje rotor hueco o sólido de sección
transversal circular constante o no, sobre el cual está montado uno o varios discos como parte integral o por ajuste de apriete y soportado por cojinetes (Nelson andCrandall, 1992) . Aquí los discos son masas de inercia que podrían representar de acuerdo a sus propiedades, características y posición, desde un taladro dental o un ventilador, hasta una turbina de 64 etapas para generación de potencia (Fig.1).


La tendencia general en el diseño de estos equipos está en incrementar la potencia de salida a través del uso de rotores flexibles los cuales requierenfrecuentemente altas velocidades
rotacionales para su operación eficiente. Con las velocidades altas aumenta la posibilidad de que el sistema pueda entrar en resonancia o que sea inestable. Este problema conlleva a perfeccionar el conocimiento de la influencia de las vibraciones características de sistemas rotativos en las operaciones seguras del día a día. Por esta razón, surge la necesidad decomprender la interacción de las fuerzas estáticas y dinámicas resultantes entre los componentes rotativos y los elementos estacionarios como cojinetes, sellos y la carcaza del producto. Al mismo tiempo se ha enfatizado la importancia de predecir con exactitud las velocidades críticas laterales, para conocer bajo que condiciones el sistema resonará en amplitudes grandes e inaceptables. Por otro ladotambién es preciso especificar los modos de vibración y conocer a priori las respuestas asociadas a desbalances y amortiguamiento para determinar si el sistema tendrá un comportamiento estable. Estas estimaciones son primordiales para asegurar el funcionamiento a largo plazo del equipo y por ello son esenciales en el análisis de vibraciones en rotores. Para proveer comprensión y guía durante...