Desarrollo de un sistema de monitoreo de la condición mediante análisis de vibraciones en central microhidráulica

Abstract

En Chile se está legislando a favor de las energías renovables no convencionales (ERNC) y tanto empresas privadas como organismos de cooperación extranjeros, están volcando recursos hacia desarrollos en sistemas que actúan como pequeños generadores de energía eléctrica, con posibilidad de conectarse a un sistema interconectado o trabajar en generación distribuida. En este contexto, el presente trabajo de título pretende aportar en el desarrollo y en el mantenimiento de una central microhidráulica, con el objetivo de generar un sistema inteligente que permita funcionar con la menor intervención posible, y por consiguiente, reducir costos de operación. Para tales efectos, se contempla el desarrollo de un sistema de monitoreo de la condición basado en vibraciones para el turbo-generador, para advertir cuando un componente esté pronto a fallar. El mantenimiento basado en la condición o mantenimiento predictivo, requiere el conocimiento de las frecuencias características de fallas dada una condición indeseada, tales como fallas en rodamientos, solturas en pernos, desbalance, roce, eje doblado, entre otras. Estas anomalías son detectadas por análisis de vibraciones en elementos rotativos o no rotativos; para el caso de este trabajo de título, los análisis se realizan en elementos no rotativos bajo la norma ISO 10816. Los sensores utilizados son acelerómetros piezoeléctricos. La señal capturada por los sensores se guarda en un computador, donde es procesada mediante un algoritmo. La visualización de las frecuencias características se consigue mediante la utilización de filtros y técnicas matemáticas de discretización de la señal real. En este estudio fue considerada la transformada de Fourier, una de las herramientas más usadas en el tratamiento de señales periódicas. Sin embargo, para el caso de rodamientos, la técnica de la envolvente es aplicada antes de la transformada de Fourier, de esta forma, por medio de la aplicación de filtros se eliminan frecuencias indeseadas y se obtienen los espectros que se utilizan para analizar vibraciones. Los espectros obtenidos se analizan mediante un sistema experto que constituye la última etapa del algoritmo, donde se realiza el diagnóstico en base al reconocimiento de patrones de frecuencias y probabilidad de falla, luego se predice el tiempo para fallar mediante ajuste de tendencia y se reprograma la fecha de mantención. El algoritmo se valida en un banco de pruebas, con un rotor donde se pueden producir distintas fallas. Por último, en este trabajo de título, se utiliza el algoritmo desarrollado y se analiza la condición del turbo-generador, diagnosticando un desbalance acentuado por una frecuencia natural equivalente a su frecuencia de rotación nominal, que dada la amplitud de las vibraciones, se recomienda el cese del funcionamiento de la central microhidráulica, según la norma ISO 10816 parte 1.