Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44902
ORCID:  http://orcid.org/0009-0009-7762-3058
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Mapeamento dos coeficientes dinâmicos de selos planos de máquinas rotativas
Alternate title (s): Mapping of the dynamic coefficients of rotating machinery plain seals
Author: Macedo Chagas, Kaíque César
First Advisor: Cavallini Júnior, Aldemir Aparecido
First member of the Committee: Steffen Júnior, Valder
Second member of the Committee: Santos, Ilmar Ferreira
Summary: Os selos mecânicos são elementos amplamente empregados em máquinas rotativas e projetados para prevenir o vazamento de fluidos. O estudo sobre o comportamento de seus coeficientes dinâmicos é indispensável no contexto da Dinâmica de Máquinas Rotativas. Geralmente, selos são incluídos nas equações do movimento de rotores através de coeficientes de rigidez e amortecimento, influenciando diretamente a resposta de vibração e a estabilidade operacional dessas máquinas. Os coeficientes dinâmicos de selos mecânicos com geometria simples, como os selos planos, são determinados por meio de modelos matemáticos/físicos simplificados para o escoamento do fluido lubrificante do selo, conhecidos como bulk-flow models. Uma simplificação comumente adotada nesse tipo de modelo é considerar que a posição do centro do eixo é concêntrica ao selo, desconsiderando assim as variações significativas que ocorrem nos valores dos coeficientes dinâmicos calculados para posições excêntricas. Consequentemente, ao relacionar os deslocamentos e velocidades do centro do rotor com coeficientes de rigidez e amortecimento calculados para uma posição concêntrica, os efeitos de tais variações podem não ser representados na resposta de vibração ao desbalanceamento. Nesse sentido, o presente trabalho propõe um bulk-flow model para calcular os coeficientes dinâmicos de selos planos utilizando o Método dos Volumes Finitos (MVF) e sem simplificações acerca da posição do centro do rotor, desenvolvido em ambiente Python e integrado com a biblioteca de análise rotordinâmica Rotordynamic Open-Source Software (ROSS). E, além disso, avaliar o impacto das variações desses coeficientes dinâmicos com a posição do centro do rotor na resposta de vibração ao desbalanceamento de uma bomba de injeção de água através da análise comparativa entre a resposta de vibração ao desbalanceamento determinada considerando coeficientes dinâmicos calculados para uma posição concêntrica ao selo com a resposta de vibração ao desbalanceamento calculada considerando que os coeficientes dinâmicos variam de acordo com a posição do centro do rotor, utilizando para isso o mapeamento dos coeficientes dinâmicos e metamodelagem Kriging.
Abstract: Mechanical seals are widely used components in rotating machinery, designed to prevent fluid leakage. The study of their dynamic coefficients is essential in the context of Rotating Machinery Dynamics. Typically, seals are incorporated into the equations of motion of rotors through stiffness and damping coefficients, directly influencing the vibration response and operational stability of these machines. The dynamic coefficients of mechanical seals with simple geometries, such as plain seals, are determined using simplified mathematical/physical models for the seal's lubricant fluid flow, known as bulk-flow models. A common simplification in such models is assuming the shaft center position is concentric with the seal, thereby neglecting significant variations in the dynamic coefficients calculated for eccentric positions. Consequently, when relating the rotor center's displacements and velocities with stiffness and damping coefficients calculated for a concentric position, the effects of these variations may not be accurately represented in the vibration response to unbalance. In this context, the present work proposes a bulk-flow model to calculate the dynamic coefficients of plain seals using the Finite Volume Method (FVM) without simplifications regarding the rotor center's position. The model is developed in a Python environment and integrated with the Rotordynamic Open-Source Software (ROSS) library. Furthermore, this work evaluates the impact of variations in these dynamic coefficients with the rotor center's position on the vibration response to unbalance of a water injection pump. This is achieved through a comparative analysis between the vibration response to unbalance determined using dynamic coefficients calculated for a position concentric with the seal and the vibration response to unbalance obtained considering dynamic coefficients varying with the rotor center's position, using for that the mapping of the dynamic coefficients and Kriging metamodels.
Keywords: Selos Planos
Kriging
Mapeamento
Resposta de Vibração
Volumes Finitos
Plain Seals
Mapping
Vibration Response
Finite Volumes
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS
Subject: Engenharia mecânica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: MACEDO CHAGAS, Kaíque César. Mapeamento dos coeficientes dinâmicos de selos planos de máquinas rotativas. 2025. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.44.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.44
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44902
Date of defense: 12-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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