Estudio del comportamiento rotodinámico e identificación de falla incipiente en turbomáquinas de centrales nucleares

La presente tesis se centra en el problema de desbalanceo mecánico de máquinas con partes rotantes, en cómo identificarlo y diferenciarlo de otras fuentes de vibración y en las estrategias empleadas para corregirlo. El desbalanceo constituye una de las fuentes de vibración más comunes en maquinaria de este tipo y resulta en una disminución de la eficiencia de los procesos involucrados, así como la aparición de fallas. Por otro lado, en máquinas de gran porte, corregirlo a menudo implica procedimientos extensos que devienen en pérdidas de producción. Ello plantea la necesidad de metodologías y herramientas que reduzcan el tiempo de parada necesario. En primer lugar, se realizó un análisis dinámico de un rotor desbalanceado y se planteó un modelo matemático discreto que permitiera realizar diversas simulaciones numéricas y analizar su comportamiento vibratorio. En segundo lugar, se generó un modelo de mayor complejidad mediante simulación multicuerpo y se implementó un enfoque de parámetros concentrados para representar la flexibilidad del eje del rotor y analizar su influencia sobre la respuesta en frecuencia del sistema. Luego se creó un algoritmo de balanceo basado en coeficientes de influencia y se utilizó en conjunto con el modelo multicuerpo para calcular las posiciones y magnitudes de las masas de corrección en distintas condiciones de desbalanceo en múltiples planos. Finalmente, se diseñó y construyó un dispositivo de pruebas rotodinámicas con el fin de evaluar la capacidad de este método para producir soluciones de balanceo satisfactorias. Se encontró que, con una adecuada representación de la geometría del sistema y de las fuerzas que actúan sobre el mismo, es posible determinar rápidamente la posición y magnitud de masas de corrección a partir de las señales vibratorias en cojinetes del rotor. También se mostró que en máquinas de eje flexible, compuestas por varios rotores acoplados, la magnitud vibratoria puede no ser indicativa de cuál de ellos se encuentra más desbalanceado. No obstante, este método permite identificarlo y corregirlo con relativa facilidad, evitando aumentos innecesarios en el tiempo de parada por mantenimiento