Control de Vibraciones en Maquinaria Rotatoria

Abstract

Resumen: La vibración causada por el desequilibrio es un problema común que se presenta en la maquinaria rotatoria. En este artículo se presenta una revisión de los trabajos de investigación que se han realizado en el área de equilibrado y control activo de vibraciones en maquinaria rotatoria. Además, se presentan dos propuestas de solución a este problema de atenuación de vibraciones para tareas de seguimiento de trayectorias de realimentación de la salida deseada. La primera propuesta consiste en el uso de un cojinete móvil para modificar la longitud del rotor, y como consecuencia, la frecuencia natural, y así evitar las grandes amplitudes que ocurren en la resonancia. La segunda propuesta consiste en montar un disco equilibrador activo sobre el rotor, el cual contiene una masa de equilibrado que puede ubicarse en cualquier posición radial y angular dentro del disco para atenuar las vibraciones causadas por el desequilibrio residual. Puesto que ambas estrategias de control activo requieren información de la excentricidad del rotor, el método de identificación algebraica es utilizado para la estimación en línea de los valores de sus parámetros. Copyright © 2010 CEA.Palabras Clave: Control Activo de Vibraciones, Equilibrado Activo de Rotores, Identificación de Excentricidad. INTRODUCCIÓNLas fuentes comunes que generan vibraciones en la maquinaría rotatoria son principalmente el desequilibrio, resonancias y el desalineamiento. El desequilibrio ocurre cuando el eje principal de inercia no coincide con el eje geométrico del sistema, provocando vibraciones que generan fuerzas indeseables que son transmitidas principalmente a los soportes o cojinetes. La resonancia ocurre cuando una frecuencia natural del sistema se iguala con otra frecuencia de excitación y en esta condición ocurren las máximas amplitudes de vibración. Las máquinas rotatorias, generalmente, operan por encima de la primera frecuencia natural, es decir, pasan por al menos una resonancia. En la actualidad, se quiere operar la maquinaria rotatoria a velocidades cada vez más altas, por arriba de la primera velocidad crítica, por lo que, surge la necesidad de equilibrar estas máquinas para evitar catástrofes o que se dañen los componentes debido a las fuerzas que se generan por las vibraciones excesivas al pasar por la resonancia.Para equilibrar la maquinaria rotatoria se han propuestos diversos métodos o dispositivos pasivos y activos con el objetivo de atenuar las vibraciones causadas por el desequilibrio o las resonancias (Green et al., 2008;Hredzak et al., 2006; ChongWon, 2006;Ward, 2004, Zhou y Shi, 2001).En el control pasivo el sistema rotatorio se modifica estando el rotor fuera de línea, es decir, el rotor es parado para realizar el ajuste de alguno o todos sus parámetros tales como, su masa, rigidez y amortiguamiento. Existen diversos métodos para el equilibrado pasivo de maquinaria rotatoria, algunos de estos son el equilibrado en un plano, dos o múltiples planos y el equilibrado modal. Mediante estos métodos se puede estimar cual es la direcció...

Balanceo Automático de un Sistema Rotor-Cojinete: Identificador Algebraico en Línea del Desbalance Para un Sistema Rotodinámico

“…De la ecuación (7) se puede observar que el vector es identificable algebraicamente sí, y solo sí, la trayectoria del sistema dinámico es persistente en el sentido establecido por Fliess y Sira-Ramírez 2003, es decir, las trayectorias o el comportamiento dinámico del sistema satisface la condición. det[A(t un intervalo pequeño (t 0 , t 0 + ], donde es un valor positivo y suficientemente pequeño (Blanco et al, 2010).…”

“…En el control activo, se utilizan dispositivos para aplicar fuerzas de control que se retroalimentan de la respuesta del sistema, entre estos dispositivos se encuentran: los cojinetes magnéticos, cojinetes presurizados, cojinetes con fluidos electrorreológicos y magnetorreológicos, cojinetes móviles, suspensión electromecánica, etc. (Arredondo et al, 2008;Beltrán-Carbajal et al, 2014;Blanco et al, 2003;Forte et al, 2004;Green et al, 2008;Hredzak et al, 2006;Chong-Won, 2006;Ward, 2004, Zhou y Shi, 2001). Estos dispositivos requieren información de la excentricidad presente en la máquina rotatoria.…”

“…Presentan resultados numéricos que muestran la rapidez de convergencia de los parámetros estimados del desbalance en un rotor con dos discos y una suspensión activa para atenuar las amplitudes de vibración laterales. La identificación algebraica ya ha sido empleada para la estimación de parámetros y señales en sistemas mecánicos vibratorios lineales y no-lineales (Beltrán-Carbajal et al, 2013;Beltrán-Carbajal et al, 2014;Beltrán-Carbajal et al, 2008;Beltrán-Carbajal et al, 2005;Beltrán-Carbajal et al, 2006;Blanco et al, 2008;Blanco et al, 2010;Trapero et al, 2006;Trapero et al, 2007;. Los resultados numéricos y experimentales muestran que la identificación algebraica proporciona una elevada robustez contra la incertidumbre de los parámetros, variaciones de frecuencia, pequeños errores de medición y ruido.…”