Diseño, fabricación y análisis dinámico de un rotor rígido sobre cojinetes magnéticos radiales

Abstract

El presente trabajo de tesis forma parte de una iniciativa de investigación multidisciplinaria enfocada en estudiar los cojinetes magnéticos y sus aplicaciones, en este contexto, los objetivos planteados para este proyecto son diseñar un prototipo del sistema formado por un rotor rígido suspendido sobre cojinetes magnéticos radiales; fabricar el prototipo diseñado y caracterizar su comportamiento dinámico mediante un análisis modal teórico. El alcance contempla el desarrollo de la ingeniería conceptual, ingeniería básica, ingeniería de detalle del prototipo así como su posterior manufactura. Asimismo, se incluye la caracterización dinámica del sistema usando la teoría de sistemas de varios grados de libertad. Dentro de este alcance no se contempla la ingeniería básica y de detalle de los actuadores electromagnéticos; la ingeniería, programación, electrónica y automatización del sistema de control de los actuadores así como su respectiva instalación, ya que son tópicos que corresponden a temas de tesis paralelos. Como resultado de este trabajo de tesis se obtuvo un prototipo de fabricación local, cuyas dimensiones son 1400 mm x 505 mm x 960 mm con un rotor rígido de 6 kg de masa accionado por un motor eléctrico que puede girar entre 1800 rpm y 2340 rpm gracias a un variador de frecuencia incorporado. La carga se regula a través de masas calibradas de 1kg, 2kg y 3kg según el operador lo requiera. Para la verificación de rigidez del rotor se utilizó la teoría de vibraciones en sistemas contínuos y se validó con ayuda del método de elementos finitos arrojando una frecuencia natural de 1158,2 Hz, lo cual garantiza que a la frecuencia de giro, el rotor tendrá un comportamiento rígido. Asimismo, se realizó una verificación dinámica de la estructura de soporte y la base del motor arrojando frecuencias de 19.37 Hz y 689.22 Hz, lo cual, en base a la verificación dinámica indica que funcionará adecuadamente y no habrá frecuencias externas que dificulten el control. La última etapa del trabajo consistió en el análisis dinámico del comportamiento del rotor en el plano bidimensional, a través de un análisis modal contínuo de donde se obtuvieron frecuencias de 46.38 Hz y 62.74 Hz para cada uno de sus modos de vibración.