FRSN - Ciencia y Tecnología - GEVM
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Item Análisis modal y balanceo de un turbogenerador de energía eléctrica(2013-11-14) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoEl estudio de la dinámica de los rotores y la determinación de las velocidades críticas es un tema de constante desarrollo en la mecánica. El mismo cobra fundamental importancia en las modernas turbo-máquinas, ya sea, a la hora de realizar un diseño adecuado, o al momento de realizar el análisis de la respuesta en funcionamiento, es decir, sus vibraciones y orbitas. Esto se debe principalmente a que, al reducir el peso de las máquinas e incrementar su potencia, estas generalmente, trabajan por encima de alguna de sus velocidades críticas. A la hora de equilibrar este tipo de rotores se puede tomar dos aproximaciones distintas: el balaceo por coeficientes de influencia y el balanceo modal. El primero requiere de un gran número de datos para lograr un buen resultado, el segundo en cambio, requiere el conocimiento previo de las formas modales y velocidades críticas. Estos datos se pueden obtener por medición o por modelos matemáticos. El método de la matriz de transferencia es uno de los métodos propuestos en la bibliografía para la determinación de las formas modales y las frecuencias críticas de un rotor. El mismo es de sencilla aplicación, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados empleando relativamente poca capacidad de cálculo. Actualmente hay enfoques que emplean el método de los elementos finitos con el mismo objetivo, pero este implica una matemática y una programación más compleja y mayor capacidad de cálculo. En este trabajo se emplea el método de la matriz de trasferencia para determinar las formas modales y velocidades críticas del rotor de un turbogenerador de una central termoeléctrica del país. Este equipo presentaba serios problemas de vibraciones al aproximarse a la velocidad de régimen y había sido sometido a varios intentos de balanceo sin resultados adecuados. Los datos de formas modales se emplean para la estimación de pesos de prueba mediante el método de balanceo modal. Para realizar la intervención se ha desarrollado un software donde se implementaron rutinas de estimación de formas modales y de balanceo modal. El programa presenta una interface simple e intuitiva para que el analista de vibraciones o el diseñador mecánico lo puedan emplear fácilmente y ha sido validado en trabajos previos. A partir de las mediciones y los datos obtenidos del programa se pudo determinar que el equipo funciona demasiado cerca de la tercera velocidad crítica y esta es, posiblemente, la razón que vuelve infructuosos los procedimientos de balanceo convencionales. Se determinaron los pesos de corrección por el método de balanceo modal y se analiza la situación de compromiso lograda en el rotor real tras la última intervención.Item Implementación del método de balanceo por mínimos cuadrados de grandes rotores(2009-08-28) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas Eduardo; Lescano, VicenteA nivel industrial existen aplicaciones exitosas de balanceo de grandes rotores (Parkinson, 1980; Piñeyro, 1983) por medio del método tradicional de Coeficientes de Influencia a dos planos, pero estas realizan varias simplificaciones que algunas veces conducen a un resultado final poco adecuado. Por este motivo se implementó un software de balanceo que aplica el método de los coeficientes de influencia y el de aproximación por mínimos cuadrados, para máquinas con múltiples cojinetes, todos ellos instrumentados con sensores de vibración. Esta herramienta se complementa con un sistema de adquisición y análisis de las vibraciones durante los arranques y las paradas de las máquinas. El sistema desarrollado presenta la ventaja de permitir trabajar con varias configuraciones de cálculo, en función de los datos que se han registrado, de forma rápida y eficiente, lo que repercute en una calidad de balanceo mayor y en un menor tiempo necesario para la obtención de resultados. Con el propósito de validar el software se presenta un caso real de balanceo de un grupo turbogenerador de generación eléctrica. El equipo presentaba vibraciones excesivas en los planos 5 y 6 correspondientes a los apoyos del generador. En función de los resultados obtenidos podemos decir que el software implementado se comporta correctamente.Item Diseño de un rotor experimental para realizar experiencias de desbalance y desalineación(2016-10-07) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoLa enseñanza de la ingeniería en la argentina se encuentra ante nuevos desafíos producto del avance de la disciplina misma, de la transformación de los estudiantes y de las exigencias que imponen los procesos de acreditación de carreras. Uno de los principales desafíos es desarrollar investigación de calidad que impulse la creación de nuevos conocimientos y el avance de la tecnología a nivel nacional. Otro desafío importante es incrementar el número de experiencias prácticas de laboratorio que los estudiantes realizan en el transcurso de su carrera para mejorar el proceso de enseñanza y la comprensión de los temas. Para lograr estos propósitos se debe contar con equipamiento de laboratorio apropiado. En la Facultad Regional San Nicolás de la Universidad Tecnológica Nacional hace algunos años viene desarrollándose un grupo de investigación en el área de Vibraciones Mecánicas que específicamente se ha dedicado a estudiar fenómenos de dinámica de rotores. En este trabajo se describe el diseño realizado de un rotor de pruebas pensado para dotar a este grupo de una herramienta para poder realizar experiencias de laboratorio vinculadas a su área de estudio y también para poder realizar experiencias con los estudiantes de las asignaturas mecánica Racional y Mantenimiento. Para tal fin se ha realizado una extensa búsqueda bibliográfica acerca de los equipos existentes desarrollados con fines experimentales, se analizaron su utilidad, complejidad y funcionalidad. Se consideraron las necesidades de investigación relacionadas con estudiar en el corto plazo problemas de alineación y balanceo de rotores, y más a largo plazo, problemas en cojinetes. Finalmente se logró diseñar un rotor de pruebas que permite realizar experiencias relacionadas con problemas de balanceo, alineación, rigidez de pedestales y lubricación, en un mismo equipo, permitiendo analizar una amplia variedad de problemas de dinámica de rotores en forma experimental con fines científicos y didácticos.Item Implementación de herramientas de análisis modal y balanceo de rotores flexibles(2014-09-05) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoPara el equilibrado de rotores flexibles, la bibliografía, sugiere dos aproximaciones: el balaceo por coeficientes de influencia y el balanceo modal. El primero requiere de un gran número de datos para lograr un buen resultado, el segundo, en cambio, requiere el conocimiento previo de las formas modales y velocidades críticas. Estas se pueden obtener empleando mediciones o modelos matemáticos. En este trabajo se utiliza el método de la matriz de transferencia para determinación numérica de formas modales y frecuencias críticas de un rotor. Dicho método es de sencilla aplicación, se basa íntegramente en ecuaciones de la mecánica clásica y permite obtener resultados adecuados, empleando poca capacidad de cálculo y datos simples que un analista puede obtener de los planos del equipo. Los resultados obtenidos son empleados para estimar pesos y posiciones de masas de corrección mediante el método de balanceo modal. Este método tiene un amplio desarrollo en la bibliografía y un uso extenso en prácticas de equilibrado en banco, pero muy pocas aplicaciones documentadas de equilibrado in situ. Ambos métodos de balanceo fueron implementados en un software desarrollado en la universidad, que presenta pantallas simples e intuitivas para que el analista de vibraciones o el diseñador mecánico lo puedan emplear fácilmente. Dicho programa se validó usando datos experimentales y modelos de elementos finitos. A partir de este software se analiza un rotor real, se identifican cuáles son las posiciones axiales con más posibilidades de reducir las vibraciones residuales, se determinan los pesos de corrección usando distintas formulaciones de los métodos implementados. El uso de la técnica de balanceo modal permite reducir el número de corridas de prueba frente a un balanceo convencional a dos planos, como los que normalmente pueden efectuarse utilizando equipos comerciales. El programa desarrollado se presenta como una herramienta útil para el equilibrado de rotores flexibles.Item Aplicación del método de balanceo por mínimos cuadrados a una turbina a vapor de una central eléctrica(2010-11-19) Palmieri, Fernando; Violante, Luis Darío; Klempnow, Andreas EduardoEl balanceo de grandes rotores flexibles conlleva importantes dificultades desde el punto de vista técnico, ya que, por lo general, estos presentan velocidades de funcionamiento que superan las primeras velocidades críticas. Por tal motivo debe lograrse un balanceo de alta calidad para aumentar la confiabilidad del equipo. El método tradicional de Coeficientes de Influencia a dos planos es el camino comúnmente utilizado a la hora de balancear un rotor industrial, pero este método considera simplificaciones que pueden conducir a un resultado final poco adecuado. Entonces, para el caso aquí presentado de una turbina a vapor, se recurrió al método de balanceo con la aproximación de mínimos cuadrados. Esta técnica emplea múltiples velocidades y planos de medición para la determinación de los pesos de corrección, realizando una reducción teórica simultánea de todas las vibraciones residuales. Pero a diferencia del método tradicional requiere la medición de mayor cantidad de datos. Para la turbina estudiada se emplearon los datos obtenidos por medio de sensores de proximidad X-Y, montados permanentemente en el equipo, para diferentes condiciones de carga correspondientes a los arranques, las paradas y la condición de régimen. Emplear todos estos datos permite llegar a una solución de compromiso que satisface mejor las diversas condiciones de operación de la máquina, lográndose así un balanceo de mayor calidad, como describen diversos autores que desarrollaron algoritmos para tal fin. En función de los resultados obtenidos en forma teórica y salvando los errores que se introducen en el procesamiento de datos, podemos inferir que el método empleado resulta ser una herramienta muy útil para el mantenimiento de este tipo de equipos.