Identificación de Coeficientes Dinámicos en Cojinetes de Película de Aire

Abstract

La identificación de los coeficientes dinámicos en cojinetes de aire es fundamental para un adecuado análisis rotodinámico. El presente trabajo muestra el desarrollo de un algoritmo que permite la obtención directa de los coeficientes dinámicos síncronos y asíncronos en cojinetes hidrodinámicos de película de aire tanto de forma numérica como experimental. El cálculo de los coeficientes dinámicos numéricos se realiza resolviendo la ecuación diferencial de Reynolds para un fluido compresible en el espesor de la película de gas, tomando en consideración el flujo másico del fluido que se introduce, así como la pérdida de presión que sufre el mismo al pasar a través de los orificios de alimentación. La ecuación diferencial de Reynolds para flujo compresible es resuelta aplicando un esquema de diferencias finitas. Debido a la no linealidad de dicha ecuación, el cálculo del perfil de presiones es realizado por medio de iteraciones sucesivas y el cálculo de las fuerzas
hidrodinámicas a través de una integración numérica de Simpson. Los coeficientes dinámicos numéricos fueron hallados aplicando una técnica de mínimos cuadrados a las fuerzas hidrodinámicas generadas al simular una órbita del rotor a determinada frecuencia y velocidad, permitiendo así el cálculo de los coeficientes dinámicos síncronos y asíncronos. El banco de pruebas utilizado consta de dos cojinetes magnéticos, los cuales soportan al rotor en sus extremos y a la vez que funcionan como actuadores permitiendo inducir diferentes tipos de órbitas al rotor, lo cual hace posible la obtención experimental de los coeficientes
dinámicos síncronos y asíncronos. Se realizó un estudio a un cojinete de aire de geometría rígida, encontrando correlaciones aceptables al comparar las predicciones numéricas con los datos experimentales. Los resultados muestran que a pesar que el número de compresibilidad es muy bajo existe una dependencia de los coeficientes dinámicos con respecto a la frecuencia de excitación. Esta dependencia se encuentra directamente relacionada a la condición del flujo de aire en los orificios de alimentación, al transformarse de un flujo estrangulado a uno no estrangulado. El algoritmo presentado puede fácilmente extenderse para ser aplicado a cojinetes de geometría flexible, convirtiéndose en una herramienta de vital importancia a la hora de estimar la rigidez y amortiguación en este tipo de elementos.