Mantenimiento predictivo de turbomáquinas mediante técnicas de análisis de vibraciones

En este artículo se analizan técnicas de diagnóstico, disponibles para el estudio del estado mecánico de turbomáquinas, que se basan en la medición de vibraciones. El monitoreo de vibraciones en este tipo de instalaciones es una herramienta de mantenimiento predictivo que permite evaluar el estado general de la máquina. Cuando se detecta por este medio una anormalidad, se presentan al analista una gran variedad de alternativas. Debido a que estas máquinas son de elevado porte y su construcción es de alta complejidad, las tareas de mantenimiento son onerosas e insumen mucho tiempo. Por estas razones, es muy importante diseñar un procedimiento de análisis que permita determinar con precisión y celeridad la causa del malfuncionamiento para poder planificar la reparación, con el menor impacto económico para la empresa propietaria. Como caso de estudio se discute la secuencia de utilización de las herramientas de diagnóstico y su aplicabilidad al caso de una turbina de gas de la Central Deán Funes en Córdoba, Argentina. La severidad de las vibraciones de esa turbina es analizada por medio de la recomendación del fabricante de la máquina, especificación Fiat TD11027 y la norma ISO 10816-4, a partir de las cuales se decide la intervención que se describe en detalle. Se analiza una secuencia de resultados parciales obtenidos y las posibles causas del problema vibratorio, especulando con desalineamientos, desbalanceos, aflojamientos de carcasas, mal estado de las fundaciones de cojinetes, etc. a la luz de la teoría y de la experiencia práctica en el uso de las herramientas utilizadas. Se describen distintas herramientas de diagnóstico, tales como análisis de tendencias, forma de onda de la vibración y fase relativa entre las distintas direcciones, análisis espectral, análisis XY y el estudio del arranque de la máquina.Fil: Chiappero, Guillermo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Stuardi, José. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Brewer, Alejandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Massa, Julio. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Mecánica Aplicad

Control de fracturas en gasoductos

El control de la integridad de gasoductos es un objetivo básico de todos sus operadores. La presencia de defectos y fisuras es un aspecto fundamental a tener en cuenta en el aseguramiento de la vida útil de la cañería, libre de pérdidas o rupturas, a partir del momento de su inauguración y durante décadas de funcionamiento. Por este motivo es usual especificar la realización de monitoreos y controles de fractura en función de las condiciones de carga, propiedades de la línea y de los materiales empleados. El presente trabajo resume los estudios de fractura mecánica realizados en la cañería de un gasoducto próximo a la Ciudad de Córdoba, Argentina, basándose en datos técnicos y resultados de ensayos de muestras obtenidas con este fin. La cañería fue construida en los años 60 mediante tubos construidos mediante soldadura SAW de arco sumergido en forma helicoidal. De acuerdo con estudios actuales realizados sobre las muestras obtenidas del gasoducto, presenta tramos con defectos internos en la zona de soldadura por falta de penetración y fisuras. Partiendo del objetivo primario que motiva el trabajo, esto es, la verificación de la seguridad de la cañería, se abordan aspectos técnicos del problema desde una visión general y se discuten distintas formas de enfocar la situación de fatiga y fractura. Estos enfoques comprenden un análisis de falla por fractura mecánica de la cañería a partir de los defectos observados en las muestras y su modelación por el método de elementos finitos, y un estudio de la posibilidad de propagación de fisuras existentes hasta llegar a condición de falla debida a la acción de cargas fluctuantes. En el enfoque de análisis de falla por fractura, se utilizan modelos planos y tridimensionales de complejidad creciente, definidos a partir de los resultados parciales obtenidos. Se compara además con casos típicos de la literatura, para investigar la validez de las hipótesis realizadas y la aplicabilidad de soluciones prácticas de diseño. Además se realiza una serie de análisis paramétricos que ayudan a comprenden la relevancia relativa de la gran cantidad de factores involucrados. A pesar de las limitaciones impuestas por la dificultad en conocer exhaustivamente la magnitud de los defectos existentes en la cañería, el estudio constituye en una herramienta que permite la toma de decisiones respecto de la factibilidad de iniciación de fractura y la eventual necesidad de la ejecución de tareas de mantenimiento y protección de la cañería.Fil: Stuardi, José. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Cocco, Leonardo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Chiappero, Guillermo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Giudici, Alejandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Mecánica Aplicad

Calibración de modelos numéricos de un pórtico mediante técnicas de análisis modal experimental

En el marco de las actividades programadas para el curso de posgrado Análisis Modal Experimental de la FCEFyN de la UNC se realizaron ensayos dinámicos impulsivos sobre un modelo de laboratorio de pórtico a los efectos de extraer sus parámetros modales, y en base a estos calibrar modelos numéricos con diferentes niveles de complejidad. El pórtico ensayado en el Laboratorio de Estructuras resulta representativo de estructuras típicas de edificios con pisos rígidos en el plano, columnas deformándose flexionalmente y cierto grado de flexibilidad rotacional de la base. Los ensayos se realizaron para la configuración original del pórtico, así como para una variante provista de un amortiguador de masa sintonizada concebido para reducir la respuesta en el modo fundamental. Por medio de parámetros modales previamente identificados, en este trabajo se ajustan parámetros mecánicos de diferentes modelos numéricos y se analiza la capacidad de éstos para reproducir los parámetros modales experimentales. El pórtico fue además ensayado imponiendo un movimiento armónico en la base con frecuencia variable, registrando la respuesta en estado de régimen para cada frecuencia de análisis. La comparación de la respuesta medida con la que se obtiene utilizando el modelo numérico de mejor ajuste ha permitido verificar su capacidad de predicción y detectar cierto grado de no-linealidad en el comportamiento real de la estructura.Fil: Ceballos, Marcelo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Stuardi, José Enrique. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Chiappero, Guillermo Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentin

COMPARATIVE STRESS ANALYSIS OF ELBOWS IN PIPING SYSTEMS APPLYING THE NORMATIVE SAFETY MARGIN

Elbows are components in piping systems whose primary function is to achieve a change in flow direction. Their study is relevant, since they present higher stress levels than those observed in straight sections. Early investigations determined that this effect is caused by the ovalization effect and the presence of external moments. The capacity of a cross section to ovalize when external loads are applied results in increased flexibility of the elbows by decreasing the moment of inertia compared to a straight pipe. In this work, stress levels in elbows caused by external moments and internal pressure are studied. As a case study, a series of elbows of various diameters and thicknesses with suitable characteristics for understanding the phenomenon of ovalization and the comparison of different calculation methodologies is proposed. The stresses obtained by applying the ASME B31.1 and ASME B31.3 codes are compared with those obtained by a numerical model of finite elements, through a novel indicator called the Normative Safety Margin. This indicator considers the admissible stresses established by the specifications for the materials of the accessories. Applying B31.1 Code, higher normative safety margins are obtained than those obtained with B31.3. For the entire series under study and all types of applied loads, lower normative safety margins were obtained when the accessories are more flexible

Calibración de modelos numéricos de un pórtico mediante técnicas de análisis modal experimental

En el marco de las actividades programadas para el curso de posgrado Análisis Modal Experimental de la FCEFyN de la UNC se realizaron ensayos dinámicos impulsivos sobre un modelo de laboratorio de pórtico a los efectos de extraer sus parámetros modales, y en base a estos calibrar modelos numéricos con diferentes niveles de complejidad. El pórtico ensayado en el Laboratorio de Estructuras resulta representativo de estructuras típicas de edificios con pisos rígidos en el plano, columnas deformándose flexionalmente y cierto grado de flexibilidad rotacional de la base. Los ensayos se realizaron para la configuración original del pórtico, así como para una variante provista de un amortiguador de masa sintonizada concebido para reducir la respuesta en el modo fundamental. Por medio de parámetros modales previamente identificados, en este trabajo se ajustan parámetros mecánicos de diferentes modelos numéricos y se analiza la capacidad de éstos para reproducir los parámetros modales experimentales. El pórtico fue además ensayado imponiendo un movimiento armónico en la base con frecuencia variable, registrando la respuesta en estado de régimen para cada frecuencia de análisis. La comparación de la respuesta medida con la que se obtiene utilizando el modelo numérico de mejor ajuste ha permitido verificar su capacidad de predicción y detectar cierto grado de no-linealidad en el comportamiento real de la estructura.Fil: Ceballos, Marcelo Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales. Instituto de Estudios Avanzados en Ingeniería y Tecnología; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Stuardi, José Enrique. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; ArgentinaFil: Chiappero, Guillermo Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentin

Evolution of magnetic response as a function of annealing temperature in Fe-based alloys

The magnetic response, coercive force and magnetic induction, in Fe-10at.% Si, Fe-6at.% Al-9at.% Si and Fe-4at.% Al-8at.% Ge alloys as a function of the annealing temperature was determined and correlated to the microstructural state. The microstructural characterization was made through differential thermal analysis, mechanical spectroscopy and neutron thermodiffraction studies. It has been determined that the increase in the order degree and the decrease in the mobility of structural defects lead to a deterioration of the magnetic quality of the alloys above detailed.Fil: Gargicevich, Damian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ingeniería Eléctrica; ArgentinaFil: Bonifacich, Federico Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Laboratorio de Extension E Investigación En Materiales; ArgentinaFil: Lambri, Osvaldo Agustin F.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Laboratorio de Extension E Investigación En Materiales; ArgentinaFil: Chiappero, Pablo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Laboratorio de Extension E Investigación En Materiales; ArgentinaFil: Cano, José Ángel. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Laboratorio de Extension E Investigación En Materiales; ArgentinaFil: Zelada, Griselda Irene. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Laboratorio de Extension E Investigación En Materiales; ArgentinaFil: Pérez-Landazábal, José Ingnacio. Universidad de Navarra; EspañaFil: Recarte, V.. Universidad de Navarra; EspañaFil: Galván Josa, Víctor Martín. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Cs.exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ingeniería Eléctrica. Laboratorio de Extension E Investigación En Materiales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Blanco, Marìa Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Cuello, Gabriel Julio. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto Laue-Langevin; Franci

Técnica de medición de vibraciones torsionales

En este trabajo se presenta una técnica de medición y análisis de vibraciones torsionales en máquinas rotantes que utiliza instrumentación de uso común en la industria local. Se describen los principios físicos en que se basa la técnica de medición propuesta y los procedimientos empleados durante el trabajo experimental de puesta a punto. Debido a que gran parte de los problemas asociados a vibraciones torsionales suelen ocurrir a velocidades de operación constante, los ensayos fueron realizados bajo esa condición. La técnica propuesta se basa en generar una señal para lectura, que resulta ser una portadora modulada en frecuencia cuando se producen vibraciones torsionales. Luego esta señal es procesada utilizando un analizador de vibraciones de alta resolución o un software adecuado para obtener la Transformada Rápida de Fourier. Del análisis de la transformada se obtienen las amplitudes y las frecuencias de las vibraciones torsionales. Los ensayos de laboratorio, que permitieron la calibración de la técnica de medición, fueron realizados sobre un modelo mecánico que genera artificialmente oscilaciones torsionales utilizando una junta Hooke. Los resultados de los ensayos realizados demostraron la aptitud de la técnica propuesta para medir amplitudes y frecuencias de vibraciones torsionales. Se prevé la aplicación directa de la técnica desarrollada en modelos y problemas reales, para la validación de la herramienta destinada a la medición y diagnóstico de problemas en máquinas rotantes.Fil: Chiappero, Guillermo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras. Ingeniería mecánica; Argentina.Fil: Stuardi, José. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras. Ingeniería mecánica; Argentina.Fil: Ritta, Raúl. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales. Departamento de Estructuras. Ingeniería mecánica; Argentina.Mecánica Aplicad

Modelo dinámico y verificación sísmica de un transformador de medida tipo capacitivo

Una de las etapas del proceso de verificación estructural de un equipo que forma parte de una subestación eléctrica consiste en la calificación sísmica del mismo, pudiendo realizarse siguiendo dos caminos posibles dependiendo de la norma que se desea cumplimentar: i ) ensayo en mesa vibratoria o ii ) verificación mediante simulaciones numéricas. En este artículo se desarrolla un modelo para estudiar las características dinámicas de un transformador eléctrico de medida de tipo capacitivo que consiste en una viga con masas concentradas y con una rigidez al giro de la base que representa la flexibilidad del sistema de anclaje. Para perfeccionar el modelo se agregó una calibración mediante un ensayo estático para representar adecuadamente las flexibilidades de las uniones abulonadas de la “viga” entre los aisladores. Se representa la estructura (el transformador) mediante un modelo simple pero ajustado a la realidad física. A partir del modelo físico se desarrolló el modelo matemático para ser usado en simulaciones numéricas de modo de captar las características dinámicas. Se utilizan varios modelos de masas concentradas de varios grados de libertad dinámicos con el propósito de representar el comportamiento dinámico de un transformador eléctrico de medida tipo capacitivo similar a los que utiliza la industria local; este tipo de transformadores tienen amplio campo de aplicación en centrales eléctricas convencionales y nucleares. Se presentan resultados correspondientes a modelos muy simples de propiedades uniformes distribuidas que, dadas las características de este tipo de transformadores (viga en voladizo), permiten estimar adecuadamente las frecuencias naturales de los transformadores cuando se hacen estudios preliminares. Analizando los resultados provistos por modelos simplificados se muestra la importancia de modelar correctamente: i ) la flexibilidad del anclaje al suelo y ii ) las flexibilidades debidas a las uniones abulonadas entre aisladores. Para validar el modelo usado se compararon las frecuencias naturales del mismo con las obtenidas en un ensayo de oscilaciones libres. Por último mediante una simulación numérica se sometió al modelo del transformador a un sismo de gran intensidad cuya zona de mayor energía se encuentra próxima a la primera frecuencia natural del transformador.Fil: Ritta, Raúl. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Brewer, Alejandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Chiappero, Guillermo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Fil: Massa, Julio. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales; Argentina.Ingeniería Nuclear (Física Nuclear va en 1.3 "Ciencias Físicas"