Estudio del efecto del fluido sobre las frecuencias naturales y modos de vibración de agitador 4PBT45 mediante simulación numérica

摘要

En el presente trabajo, se estudian los efectos de diferentes fenómenos físicos sobre lasfrecuencias naturales de un agitador 4PBT45 (modificado en estudios preliminares paraobtener un bajo consumo de potencia y alto grado de mezcla) utilizando la herramienta desimulación computacional ANSYS Mechanical, a partir de escenarios simplificados endiferentes condiciones de operación. El proyecto comienza con el análisis de los álabesaislados, para luego estudiar el comportamiento del impulsor por separado y verificar quésucede con los modos de vibración. Se realiza la simplificación del impulsor a un rotoraxisimétrico, con la misma masa y momento de inercia polar, para comparar los efectosen contraste con el agitador original, a través de escenarios estáticos y dinámicos envacío de cada uno de los modelos. Además, se realiza el modelamiento numérico delagitador estático sumergido y se prueban diferentes propiedades de fluidos.Prácticamente, las variables que se monitorean son: cómo gobiernan las frecuenciaslocales de los álabes sobre el impulsor, en base al factor de participación de masa; cuálesmodos de vibración se ven afectados por la rotación en vacío y cuánto varían lasfrecuencias debido a dicho fenómeno y por qué; cuán factible es reemplazar el impulsorpor un disco y en qué casos da buenos resultados; y cuánto repercute el efecto del fluidoenvolvente sobre las frecuencias naturales en el sistema estático y cómo se comportanpara diferentes tipos de fluidos. En general, se determina que las frecuencias naturalesvarían en diferentes cantidades dependiendo del fenómeno estudiado. Algunasfrecuencias tienden a disminuir o a aumentar en diferentes grados conforme seincrementan las revoluciones, mientras que otras se mantienen constantes. También, sedetermina que casi todas las frecuencias disminuyen entre 0.5% y 20% por el efecto delfluido dependiendo principalmente de la densidad del mismo y del modo de vibrar. Porotro lado, se encuentra una expresión analítica que permite calcular la frecuencia naturalbajo el efecto de un fluido B, conociendo la frecuencia dentro de un fluido A, a partir de larelación de sus densidades, bajo ciertas hipótesis y condiciones. Además, se consigueuna variación entre 1% y 6% entre las frecuencias obtenidas mediante simulaciónnumérica y las calculadas analíticamente, reduciendo el sistema a un grado de libertad,para los modos más importantes. Por último, se conocen los alcances de la herramientacomputacional en este tipo de simulaciones y sus limitaciones para desarrollar escenariosmás complejos.