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Modelamiento, diseño y construcción de un banco de pruebas para el estudio de la fuerza de desbalance en rotores flexibles teniendo en cuenta el efecto giroscópico

Resumen

La determinación de las frecuencias naturales y las velocidades críticas en la rotodinámica siempre ha sido un reto importante para la ingeniería. Con la implementación de los elementos finitos en este campo, se pueden incluir diferentes efectos que ocurren en la realidad con el fin de aumentar el grado de precisión de los cálculos y obtener un diseño óptimo que permita valorar el comportamiento real de los equipos rotativos utilizados en la industria. En el presente proyecto se elabora una simulación mediante el método de elementos finitos utilizando software Matlab con el fin de predecir el comportamiento de rotores tipo Jeffcott con diferentes configuraciones geométricas del eje, disco y soportes. El programa realiza el análisis modal y armónico de los rotores basándose en la teoría de vigas de Timoshenko incluyendo fenómenos como la inercia rotatoria y los efectos giroscópicos, pudiendo obtener el diagrama de Campbell, la respuesta al desbalance y los modos propios de vibración. Los resultados obtenidos en la simulación son comparados con modelos construidos en el software comercial de elementos finitos ANSYS. Por otra parte, se diseña y construye un banco de pruebas de rotodinámica basado en el rotor tipo Jeffcott el cual usa como método de excitación el desbalance inducido en el disco con el objetivo de contrastar experimentalmente los resultados obtenidos en la simulación y ser una herramienta de aprendizaje en el laboratorio de vibraciones mecánicas.