Vibraciones en turbomaquinas

Vibraciones
Se denomina vibración a la propagación de ondas elásticas produciendo deformaciones y tensiones sobre un medio continuo. No debe confundirse una vibración con una oscilación. En su forma más sencilla, una oscilación se puede considerar como un movimiento repetitivo alrededor de una posición de equilibrio. Este tipo de movimiento no involucra necesariamente deformaciones internas delcuerpo entero, a diferencia de una vibración.

Las vibraciones pueden ocurrir en cualquier cuerpo o maquina que periódicamente sea sometido a un ciclo de movimientos. En las turbinas a vapor las vibraciones pueden ser clasificadas dentro de dos grandes categorías: -Vibraciones por desbalance en el rotor -Vibraciones por aplicación de fuerzas repetidas

Vibraciones por Desbalance Como elnombre lo indica, son provocadas por

un inadecuado balanceo en el rodete. El desbalance existe debido a que es prácticamente imposible fabricar rotores perfectos, porque además de los defectos geométricos inherentes a todo proceso de manufactura, los materiales nunca son perfectamente isotropitos, provocando que exista una distancia, llamada excentricidad, que separa el eje geométrico de la piezadel eje principal de inercia (que pasa por el centro de gravedad) de la misma

Diagrama Del Desbalance De Un Disco Delgado En Reposo

Para condiciones estáticas únicamente se tiene el desbalance provocado por la excentricidad. Cuando el eje gira la fuerza centrifuga deflecta el eje, en el sentido del desbalance, aumentando la distancia entre el eje de rotación y el de inercia. Al aumentar lavelocidad aumenta con ella la deflexión a la vez que desfasa al lado pesado en un ángulo phi. Tanto la deflexión del eje como el ángulo de desfase aumentan con la velocidad de rotación. Cuando el ángulo de desfase alcanza los 90 grados la amplitud de la vibración alcanza un máximo, el cual corresponde al la velocidad critica.

Cuando se continua aumentando la velocidad, el ángulo de desfasesigue aumentando, de modo que el lado pesado se sitúa en el lado opuesto a la deflexión, con lo que esta ultima disminuye conforme aumenta la velocidad, a la vez que el ángulo de desfase continua creciendo, hasta que se alcanza un punto en el que la deflexión se iguala a la excentricidad, y se dirige en sentido opuesto a ella, es decir, el ángulo de retraso alcanza los 180 grados, y el conjunto giraen torno a su centro de masa. El fenómeno anteriormente descrito se representa gráficamente a continuación:

Curva De Resonancia Y Angulo De Fase De La Amplitud

Balanceo Estático
El balanceo de un disco delgado se realiza montándolo en un eje y dejándolo rodar sobre dos aristas horizontales planas. El disco se detendrá cuando el lado pesado se encuentre hacia abajo. Entonces se agrega oretira masa del lado liviano o pesado respectivamente; por prueba y error, hasta llegar a un balanceo correcto, esto es, cuando el disco no se detiene en ninguna posición preferencial. Los cambios de masa se pueden realizar por mecanizado, soldadura y acoplando pequeñas pesas en agujeros ideados para tal fin considerados en el diseño del rodete.

Balanceo Dinámico
El desbalance estático, entérminos geométricos, se da cuando el eje de inercia se encuentra desplazado, aunque paralelo, al eje de giro. El desbalance dinámico se da cuando ambos ejes no son paralelos. El balanceo estático solo corrige la separación entre los ejes, no así la orientación entre los mismos. Dicho de otra forma, el desbalance dinámico se da cuando ambos ejes se cortan con un determinado ángulo.

Viéndolo desdeotro punto de vista: El balanceo estático elimina la excentricidad en un solo plano. Como se puede ver en la figura, existe en el rotor un único plano sin excentricidad, lo cual en el caso de discos delgados es aceptable , al tener estos una longitud axial muy corta. Para balancear rodetes en general se necesita de balancear en dos planos, haciendo coincidir de ese modo ambos ejes .

Los...