Análisis modal de un álabe de turbocompresor mediante el método de los elementos finitos

Abstract

En la indutria de las turbomáquinas, quizá el elemento más importante y crítico en cuanto a diseño son los álabes. Su compleja distribución de espesores, la cual se utiliza para conferir al fluido que atraviesa la máquina las propiedades deseadas, así como la tridimensionalidad del flujo debido a la velocidad de rotación de los álabes, hacen que la geometría de estos elementos continúe a día de hoy bajo un profundo estudio que consiga mejorar las especificaciones de las turbomáquinas. Al margen del estudio termofluidodinámico de estos elementos, es también importante conocer cómo se comportarán mecánicamente en condiciones de funcionamiento. Desde este punto de vista, el análisis modal es uno de los más importantes dado que las fuerzas a las que está sometido un álabe son de naturaleza oscilatoria, y por tanto la respuesta del sistema también lo será. Este trabajo ha sido un proceso de diseño y ensayo de principio a fin en el entorno de los elementos finitos de un álabe tridimensional con rotación. A lo largo del trabajo se comenzará con una breve introducción tanto al estudio de las vibraciones como a la construcción bidimensional y tridimensional de un álabe, se dividirá esta geometría en un numero de elementos finitos mediante su mallado y se procederá al análisis modal, que constará de dos fases. Por un lado se analizará el comportamiento del álabe sin excitación alguna, centrandola atención en los 10 primeros modos de vibración del sistema, y realizando un análisis de sensibilidad de los parámetros fundamentales de diseño. En segundo lugar se añadirá la excitación de carácter rotativo y seanalizará de nuevo el comportamiento del sistema, así como sus diferencias y similitudes con el sistema sin excitación.