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UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MONITOREO DE LA CONDICIÓN MEDIANTE
ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN CENTRAL MICROHIDRÁULICA

MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MECÁNICO

JAVIER ESTEBAN GONZÁLEZ TORRES

PROFESORA GUÍA:
VIVIANA MERUANE NARANJO

MIEMBROS DE LA COMISIÓN:
RODRIGOPALMA BEHNKE
EDUARDO SALAMANCA HENRÍQUEZ

SANTIAGO DE CHILE
2013

Resumen
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 sistemainterconectado 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 unsistema 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.
Lavisualización 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 deFourier, 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, luegose 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 naturalequivalente 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.
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ii

A mis padres

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Agradecimientos
Quisiera agradecer a todas las personas que han colaborado con la realización de este trabajo,
de forma directa e indirecta.
A los profes deMolina, Salgado, Don Bernardo, Don Oriel, Don Pedro, por ayudarme en la
construcción de piezas y montaje del banco de pruebas, a Carlos por acompañarme en todos los
traslados de materiales. A Omar por su buena disposición y voluntad.
A mis profesores de la Comisión Rodrigo Palma, Eduardo Salamanca y especialmente a mi
profe Viviana quien aceptó guiarme en el desarrollo de esta memoria.
A Lorenzo,...