Este documento describe un curso sobre análisis de vibraciones en máquinas rotatorias. Explica que los sistemas rotores son vitales en la industria y que el ingeniero debe considerar el diseño, mantenimiento y operación. El curso cubrirá técnicas para modelar sistemas rotores, analizar anomalías, y aplicar el análisis de vibraciones al diagnóstico temprano con el fin de realizar mantenimiento proactivo.

1. ICM 3470 Análisis de Vibraciones en Máquinas Rotatorias (RotordynamicsAnalysis)

2. Una observaciónSistemas rotores Vitalesen sistemas mecánicos industriales:motores eléctricos, Turbomáquinas(bombas, turbinas, Ventiladoresmotores de combustión interna

3. El ingeniero mecánico enfrentadiseño optimo, luegomantenimientoConcepciónDiseñoImplementaciónOperación &mantenimiento

4. Motivación¿Por qué estudiamos las vibraciones?Reducen la vida de los equiposAumentan el riesgo de catástrofesAumentan costos de mantenimientoGeneran cargas adicionales importantesProducen fatiga

5. Mantenimientomantenimiento predictivoAnálisis de vibracionestécnicas de mayor empleo, por su eficienciadetección incipiente de fallas.sensor

6. Usualmente,Cursos de análisis de vibraciones Describen características de anomalíasSin estudiar a fondo causas SistemaCausasSíntomas

7. En este curso,Modelaremos los sistemas para explicar los síntomas medidos y como interactúan las condiciones de operación sobre el comportamiento vibratorio (Root Cause Analysis) O seaMantenimiento proactivo

8. Estructura del cursoTécnicas generalesTécnicas para modelar anomalías y situaciones especialesAplicación al diagnóstico temprano

9. ContenidosModelamiento generalIntroducciónAnálisis modal numérico

10. ContenidosMétodos para obtener la respuesta dinámica estacionariaRayleigh-Ritz elementos finitosMétodos para sistemas no linealesIntegración numéricaVibraciones transientes

11. ContenidosAnomalias y situaciones especialesEje asimétricoDefectos de elementos mecánicosJuego radial en descansosRotor con grieta(Balanceamiento)

12. ModelorotoresZdescansoeje4YADCBDos ejes coaxiales a diferente velocidadprototipo de algo que es real

13. Algunas definicionesSistema rotor máquinas que presentan varios ejes, engranajes,juntas, descansos,fundación,...Rotorconjunto de partes que rotan en una máquina, incluyendo ejes, discos, alabes.

14. ¿por qué modelar?

15. herramienta de aprendizajepermite establecer relaciones e importancia de losparámetros en la respuesta del sistema. En nuestro caso, una máquina.

16. Actuan como filtroparámetros y condiciones Con poca incidencia en la respuesta delsistema

17. Medio de discusión si dos partes concuerdan en validez/suficiencia de hipótesis y parámetrosentonces resultados serán aceptados por lasparteslimitaciones serán discutidas

18. herramienta de predicciónes muy fácil realizar análisis de sensibilidad; guiar elproceso de rediseño o mejoramientoConcepciónDiseñoImplementaciónOperación &mantenimiento

19. Reducción de costosde desarrollo o mantenimientoacelerar proceso de toma de decisiones

20. acercamiento al problemaResaltarvariables que pasarían desapercibidas por la complejidad del sistema.

21. OK, pero qué obtendremos de los modelos?

22. ResultadosPredecir velocidades críticasdiseño óptimo y un diagnóstico antemodificaciones eventuales en niveles de carga o velocidad de operación.Amplitudfrecuencia

23. ResultadosEspecificar condiciones de diseño para evitar frecuencias críticas en las cercanias de las frecuenciasde operaciónAmplitudSistemarespuestaexcitaciónfrecuencia

24. Predecir frecuencias naturales 8070)60zH(lrih50wselar40utansai30cneuce20rF1000100020003000400050006000700080009000N (RPM)Modo cilíndricoModo cónicoFrecuencias naturales son función de la velocidad de rotación

25. Calcular masas correctoras para efectos de balanceamiento de un rotor

26. ResultadosPredecir niveles de vibración Por desbalance.Determinar condicionessistemas rotor inestable

27. LaboratorioAnálisis de frecuencias naturalesAnálisis de respuesta forzadabalanceamiento

28. BibliografíaApuntes del curso Lalanne, M., Ferraris, G., RotordynamicsPrediction in Engineering, John Wiley and Sons, 2nd ed., 1998.Rao, J.S, Rotor Dynamics, John Wyley & Sons,1983.J.M. Vance. Rotordynamics of Turbomachinery. John Wiley & Sons, 1988.

29. Sistemas rotoresdiscos ejesDescansosAcoplamientosFundación

30. Clasificación de los rotoresmxk/2k/2Rotor rígidodeformación del eje despreciable en el rango de operación,Rotor flexibleeje se deforma apreciablemente para alguna velocidad en rango de operación

31. Clasificación de los modelosmodelo de parámetros concentradosdiscos son rígidos masa de ejes se concentra en la posición axial de los discos. modelo de parámetros distribuidosconsideran distribuciones de rigidez y masa

32. Modelo de Rotor rígidoKKK

33. Modos de vibración de rotores rígidosModo cilíndricoModo cónico

34. Precesión por desbalanceZ­EjeXorbita

35. Respuesta al desbalance)m(dutilpmA-410-510-610-710Velocidad critica, Grandes amplitudes-810-910-10100100020003000400050006000700080009000N (RPM)

36. Respuesta máxima al acelerar )m(xamrn=-1-310Velocidadescriticas-410-510-610-71000.511.522.5RPM4x 10

37. Modelo numéricoInerciaEfecto giroscópicoRigidezDesbalance

38. Modelos de elementos finitosSe discretiza en elementos de inercia, rigidez, amortiguación

39. Análisis torsionalModelo simplificado

40. Modelo de torsión turbina helicópteroInerciahéliceEjeInercia motrizRoce aerodinámico

41. Interacción entre sistema de control y sistema mecánicoInteracción del sistema de control con el sistema mecánico puede resultar en inestabilidad

42. Torque dinámico en el eje

43. Respuesta estacionariaImportante torsión estacionaria del eje induce fatiga y sobrecarga

44. Efecto de rodamientosAnillo exteriorElemento rodanteAnillo interiorJaula

45. Elemento rodante con diámetro diferenteRigidez incrementada

46. Respuesta forzada ante defecto de diámetro de elementos rodantesTérmino standard por desbalance-a la frecuencia de rotación-Termino porImperfección-a una frecuenciaInferior-

47. Efecto de acoplamientosCardan

48. Oscilaciones en la velocidad angular del eje conducido para distintos ángulos en el cardanVelocidad del eje motriz constante

49. ModulaciónTérmino de excitaciónTérmino standardFrecuencia de rotaciónBandas lateralesPor efecto de la juntafrecuencia

50. Análisis de transientes en partidas y paradas310210110Respuesta normalizada010-110-210012345Frecuencia normalizadaResonancia0.50.40.30.20.1Amplitud (mm)0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.501002003004005006007008009001000Tiempo (s)

51. Influencia de la aceleración en amplitud máxima durante el transiente1.4Aceleración lenta1.2l1=0Amplitud0.8Aceleración rápida0.6l=0.0010.4l=0.010.200.60.70.80.911.11.21.31.41.51.6frecuencia