Análisis Termohidrodinámico de Sensibilidad en Cojinetes Hidrodinámicos

GUSTAVO G. VIGNOLO; DANIEL O. BARILÁ; LIDIA MARÍA QUINZANI

Mecanica Computacional

Sociedad Argentina de Mecánica Computacional

Lugar: Rosario; Año: 2011 vol. 30 p. 535 - 545

1666-6070

Los cojinetes son elementos que limitan los grados de libertad de un rotor. Lo mantienen ensu posición, soportan las solicitaciones y le permiten girar libremente. En los cojinetes hidrodinámicosuna delgada película de lubricante mantiene separadas a las superficies en movimiento relativo (eje ycojinete). La ecuación diferencial gobernante se denomina ecuación de Reynolds y surge de integrarlos balances de cantidad de movimiento y masa en el espesor de la película. En esta ecuación, lapresión es constante en el espesor, por lo que el problema se reduce a dos dimensiones si se consideraque el fluido es isotérmico. No obstante, a medida que se van incrementando las exigencias desde elpunto de vista tecnológico, las condiciones de operación de las máquinas que emplean cojinetes sehacen más severas. Esto implica mayor carga unitaria y velocidad de rotación, ocasionando que latemperatura del fluido lubricante varíe notablemente como consecuencia de la disipación de energíapor efectos viscosos. Por ende, la hipótesis de flujo isotérmico pierde validez y se requiere la soluciónacoplada de las ecuaciones de conservación de masa, cantidad de movimiento y energía.En este trabajo se presenta la solución numérica de las ecuaciones de conservación acopladas para elcaso de cojinetes lubricados con un fluido Newtoniano. Tanto la densidad como capacidad calorífica yconductividad térmica del lubricante se consideran constantes, mientras que su viscosidad es unafunción de la temperatura.En el esquema de cálculo se emplean diferencias finitas en las coordenadas coincidentes con lasdirecciones principales del flujo y se reformulan las ecuaciones para lograr un problema de valorinicial. La integración del sistema de ecuaciones en el espesor de la película fluida se acopla, enprimera instancia, con una técnica de shooting, cuyo objetivo es el cumplimiento de las condiciones deborde de las componentes de la velocidad y el flujo de calor. Posteriormente se implementa unalgoritmo de diferencias finitas y colocación.Los resultados obtenidos muestran buena concordancia con las hipótesis de cálculo y con datosexperimentales y numéricos disponibles en la literatura.