Universidad Nacional Experimental del Táchira Maestría en Mantenimiento Industrial Análisis de Vibraciones

Profesores: Carlos Pacheco. Manuel Hernández Noviembre 2011

Aplicación de Técnica Predictiva

Condición de la Unidad 06 Planta Táchira según Análisis de Vibraciones

Apellidos y Nombres: Edgar Mogollón C.I. 16.959.451 Raiza Salazar Rondón C.I. 16.408.528

Introducción

La distribución de energía eléctrica en nuestro país se realiza a través de la

disposición de líneas de Transmisión, que transportan la potencia generada en el

complejo Hidroeléctrico Simón Bolívar a lo largo de todo el territorio, para

conformar así el Sistema Interconectado Nacional con el objeto de suplir la

demanda eléctrica del país.

La región andina por encontrarse en la cola del Sistema Nacional presenta bajo

niveles de tensión y déficit de generación; situación que es solventada por la

puesta en trabajo de Plantas Eléctricas Turbo Gas, como es el caso de Planta

Táchira, que es considerada la más importante en el Estado Táchira, ya que ésta

misma se encarga de producir el 39% de la demanda de la zona Andina, cuando

se encuentra trabajando al 85% de su potencia nominal.

Como parte del programa de mantenimiento predictivo, se efectúo un análisis de

vibraciones a las máquinas emplazadas en la planta, del cual se destacó la

unidad 06, debido al alto nivel de ruido que estaba presentando en condiciones

normales de operación.

Desarrollo

Planta Táchira está conformada por siete (7) unidades Turbo Gas, con potencia

nominal de 20Mw cada una, para un total de 140Mw de generación y una (1)

unidad de 60Mw, lo que resulta en 200Mw generados con potencia térmica.

El funcionamiento de una turbina a gas se puede esquematizar como sigue:

Fuente: Fernández (2009).

En el paso 1. El aire se hace pasar por un compresor que se encargará de de

aumentar la presión hasta la requerida por la cámara de combustión. En el paso 2.

El aire que ha alcanzado la presión necesaria, entra a la cámara de combustión

con muy altas temperaturas junto con el combustible; el caudal másico resultante

está conformado por el caudal de aire ingresado a la cámara más el caudal de

combustible ingresado a la misma. En el paso 3. Los gases de combustión entran

al primer estadio de álabes fijos, donde son expandidos y la energía de presión de

éstos es transformada energía cinética; luego en el estadio de álabes móviles, la

energía cinética es convertida en energía mecánica. El ciclo termina, cuando los

gases expandidos en la turbina son expulsados a la atmósfera como lo presenta el

paso 4.

El ciclo explicado, es denominado Ciclo Brayton y es el que da lugar al

funcionamiento de una turbina a Gas.

Después de completar el Ciclo Brayton de funcionamiento, la potencia generada

en los turbo generador pasa a un transformador elevador y de allí a través de

infraestructura eléctrica, se dispone al Sistema Interconectado.

Fuente: CORPOELEC (2010). Esquema de Generación.

Fuente: CORPOELEC (2010). Patio de Generación y Subestación Eléctrica

Planta Táchira.

Para el mes de marzo del año 2010, se realizó unas mediciones como programa

de mantenimiento predictivo a las unidades instaladas en Planta Táchira, en

especial a la unidad N°6 la cual estaba presentando altos niveles de ruido, para

una condición de velocidad nominal sin carga (Full Speed Load).

Se ejecutaron mediciones en las carcasas, en unidades de velocidad (pulg/seg 0-

pk o ips 0-pk). Se empleó un colector analizador de datos Marca Entek IRD,

Modelo Datapac 1500 con un Acelerómetro IRD 970.

En Caja reductora se efectuó una medición de valores de vibración con ángulos de

fase en unidades de desplazamiento (mils pk-pk) y velocidad (pulg/s pk). Se

empleó un medidor de vibración TK83 de Bently Nevada con un sensor de

vibración Velocity Seismoprobe 9200.

Fuente: IRDBALANCING.com (2011). Acelerómetro IRD 970

De la medición de propósito general, se tomaron los siguientes datos:

DESPLAZAMIENTO (MILS PK-PK) VELOCIDAD (PULG/S PK)

DIR 1X FASE DIR 1X FASE

VACíO CON EXCITACIÓN

COJINETE CAJA REDUCTORA

LADO GENERADOR

H 1,45 1,07 18 0,60 0,20 297

V 3,14 2,75 148 0,63 0,50 63

A 3,20 2,00 320 1,30 0,45 231

COJINETE PEDESTAL GNERADOR

H 1,60 1,40 192 0,35 0,27 100

V 1.18 0,66 260 0,19 0,13 180

A 1,36 1,00 343 0,30 0,20 252

Fuente: CORPOELEC (2010). Mediciones de Amplitud y Fase en la caja reductora lado del generador y generador lado excitatriz.

Según las recomendaciones del Fabricante, en la caja reductora los niveles de

vibraciones deben estar en el orden de menores a 3 milésimas de pulgada pk-pk

(0,56 pulg/seg 0-pk) en las direcciones horizontal y vertical; mientras que en la

dirección axial deben ser inferiores a 4 milésima de pulgadas pk-pk (0,74 pulg/seg

0-pk); según la tabla anterior, la caja reductora en el lado generador presenta

niveles no permisibles de vibración, por lo que se prosiguió a efectuar la medición

de Amplitud vs. Frecuencias.

Espectro de Frecuencia axial de caja reductora lado generador.

Espectro horizontal caja reductora lado del generador.

Del espectro en dirección Horizontal destacan las siguientes amplitudes:

0.27 pulg/s @ 3600 cpm (frecuencia de giro del eje de baja)

0.30 pulg/s @ 21600 cpm (6X frecuencia de giro del eje de baja)

0.19 pulg/s @ 36000 cpm (10X frecuencia de giro del eje de baja)

0.08 pulg/s @ 50400 cpm (14X frecuencia de giro del eje de baja) Respecto a la caja reductora La medición de la velocidad de vibración arrojó valores que se encuentran fuera

de rango tanta en la dirección vertical (0.63 pulg/s), como en la dirección

horizontal (0,60 pulg/s) y la axial (1,30 Pulg/s). Según lo estipulado en la norma

ISO 10816-3, en velocidad no debe exceder a 4.5 mm/s rms equivalente a 0.25

pulg/s pk para una onda sinusoidal pura.

Al observar el espectro en dirección horizontal, se aprecian picos de moderada

amplitud con bandas laterales a 3600 cpm, destacando que a la frecuencia de

giro del eje de baja (1X) la amplitud corresponde apenas al 34% de la amplitud

global (la amplitud a 1X debería ser superior al 80%) y que a la frecuencia 6X la

amplitud del pico de vibración (0,30 pulg/s) supera a la amplitud 1X (0,27 pulg/s).

Auditivamente la caja reductora presenta ruido sumamente fuerte, el cual es

proporcional a la velocidad de giro. Cada 300 rpm se presenta golpe seco a

intervalos de tiempo iguales. En vacío (Full speed no load) el ruido es alto y fuera

de lo común.

Los valores de vibración en velocidad indican mayor severidad en el cojinete caja

reductora del lado del generador. Al evaluar los ángulos de fase se observa una

diferencia de fase entre 80 grados y 130 grados entre las direcciones horizontal y

vertical en cada uno de los cojinetes, la diferencia de fase entre los axiales es

menor a 20 grados, por lo que se puede descartar algún problema con la

alineación.

Las amplitudes de vibración en generador no indican la presencia de algún

problema en el mismo.

Todas las características del espectro frecuencias en la caja reductora, así como

la aparición de bandas laterales y ruido, indican que el origen de los elevados

valores de vibración está asociado al eje de giro de baja frecuencia. Ésta situación

se puede presentar cuando hay desgaste o agrietamiento parcial de los dientes

asociados a la frecuencia dominante (3600 cpm) del tren de engranajes.

Conclusiones

Los valores de vibración en caja de accesorios se encuentran dentro de niveles

aceptables de operación.

Los valores de vibración en el cojinete del pedestal del generador se encuentran

dentro de niveles aceptables de operación.

Los valores de vibración en caja reductora se encuentran por encima del nivel

de operación confiable. El espectro de vibración muestra un comportamiento

fuera de lo normal.

Se recomienda realizar una inspección exhaustiva en caja reductora al eje de baja

velocidad, verificar contacto entre dientes, juego entre dientes, presencia de

dientes rotos o agrietados y tolerancias o condición de los cojinetes del eje de baja

velocidad.

Referencias Bibliográficas

Fernández J. Ciclo Brayton. Turbinas a Gas. Mendoza: 2009.

Palomino E. Medición y Análisis de las Vibraciones en el diagnóstico de las

máquinas rotatorias. Cuba: 1997.

Informe Técnico de la Gerencia de ENELVEN. La Fría: 2010.

Anexos

Norma ISO 10816-3

Caja Reductora abierta

Izado del eje de la Caja Reductora para inspección del estado de engranajes

Inspección de la Caja Reductora

Ensamblaje de la Caja Reductora