Dinámica No Lineal de Tuberías con Flujo de Fluido Pulsante: Resonancia Interna

Abstract

El análisis de interacción fluido estructura en tuberías que contienen flujos internos es de gran interés en diversas instalaciones de ingeniería, sobre todo en las industrias de generación de energía, como centrales nucleares, químicas, petroquímicas, entre otras. En el presente trabajo se pretende estudiar la respuesta dinámica no lineal de tubería vertical empotrada – apoyada sometida a un flujo pulsante. La tubería transporta un fluido a una velocidad que posee una componente media constante y otra componente que varia armónicamente. La elección de los parámetros del sistema es elegido de modo que la frecuencia natural del segundo modo es aproximadamente tres veces la frecuencia natural del primer modo, de esta manera se activa el fenómeno de resonancia interna mediante la velocidad media del fluido. El modelo matemático corresponde a una formulación tipo viga Bernoulli – Euler. El análisis se lleva a cabo utilizando el método de escalas múltiples (MMS) atacando directamente las ecuaciones diferenciales no lineales. A partir de esto último se obtienen los modos normales no lineales. Las ecuaciones de modulación que describen la interacción entre las amplitudes y fases de los modos considerados son determinadas utilizando modos no lineales de vibración. A partir de ellas se estudian las soluciones de equilibrio y la respuesta dinámica no lineal de la tubería.