Influencia del desalineamiento en parámetros dinámico funcionales de motor de corriente directa 250 kW

Artículo de investigación Influencia del desalineamiento en parámetros dinámico funcionales de motor de corriente directa 250 kW Influence of misalignment on functional dynamic parameters of a 250 kW direct current motor Evelio Palomino MarínI  *  http://orcid.org/0000-0001-7417-6189 Fausto Taveras LayII  http://orcid.org/0009-0002-9851-516X Alfredo del Castillo SerpaIII  http://orcid.org/0000-0001-5051-8324 Armando Díaz ConcepciónI  http://orcid.org/0000-0001-9849-0826 Jesús Cabrera GómezI  http://orcid.org/0000-0002-9884-3692 IUniversidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría, Centro de Estudios en Ingeniería de Mantenimiento, CEIM. La Habana, Cuba. IITLAY SRL. Santo Domingo, República Dominicana. IIIUniversidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría, Instituto de Ciencias Básicas, La Habana, Cuba. Resumen Se realizó una investigación experimental para la determinación de la influencia del desalineamiento en los parámetros dinámicos funcionales de un motor de corriente continua de 250 kW en una planta siderúrgica. El objetivo fue la determinación de los parámetros síntomas registrados en línea más sensibles a la condición de alineamiento del motor GH280 PK DC de 250 kW de un Laminador, para lo cual fue necesario obtener un modelo matemático que describiera el comportamiento de ciertos parámetros dinámico funcionales en función del desalineamiento del motor. Se provocó desalineamiento paralelo horizontal en un motor y se midió temperatura, vibraciones y consumo de corriente. Mediante el análisis estadístico se encontró una correlación moderadamente fuerte entre el desalineamiento y el consumo de corriente. Se obtuvo un modelo lineal que relaciona ambas variables, el cual fue validado satisfactoriamente. El resultado obtenido fue que aunque el desalineamiento residual fuera tolerable, este provocó cambios significativos en el consumo energético, lo cual se traduce en reducciones de hasta 13 % de consumo energético realineando periódicamente el motor en función del consumo de corriente. El modelo obtenido permitió estimar el desalineamiento midiendo la corriente, siendo útil, aún sin exceder los límites tolerables, para la planificación de acciones correctivas optimizando así el consumo energético. Palabras claves: desalineamiento de ejes; motores de corriente continua; consumo de corriente; análisis estadístico; parámetros dinámico funcionales; laminador de acero Abstract An experimental investigation was carried out to determine the influence of misalignment on the functional dynamic parameters of a 250 kW DC motor in a steel plant. The objective was to determine the most sensitive online symptom parameters to the alignment condition of the 250 kW GH280 PK DC motor of a steel plant. To do this, it was necessary to obtain a mathematical model that described the behavior of certain functional dynamic parameters based on the motor misalignment. Parallel horizontal misalignment was caused in a motor and temperature, vibrations, and current consumption were measured. Through statistical analysis, a moderately strong correlation was found between misalignment and current consumption. A linear model relating both variables was obtained, which was satisfactorily validated. The most relevant result was that although the residual misalignment was tolerable, it caused significant changes in energy consumption, which translates into reductions of up to 13 % in energy consumption by periodically realigning the motor based on current consumption. The research concluded that the model obtained allowed estimating misalignment by measuring the current, being useful, even without exceeding tolerable limits, for planning corrective actions thus optimizing energy consumption. Keywords: shaft misalignment; direct current motors; current consumption; statistical analysis; dynamic functional parameters; steel rolling mill Introducción A pesar de la relación existente entre el desalineamiento de ejes en máquinas rotatorias y el comportamiento vibroacústico de esta, la temperatura y el consumo energético de los accionamientos, no se ha encontrado suficiente evidencia sobre los cambios en dichos parámetros ante desalineamientos residuales que aún estén contemplados dentro de límites tolerables en máquinas reales operando en línea. En las últimas décadas ha habido gran interés en la comunidad científica por estudiar los efectos del desalineamiento en máquinas rotatorias. Los aspectos más importantes se resumirán a continuación. En 1994, Xu M. y Marangoni RD [1, 2], desarrollaron un modelo teórico de un sistema completo motor-acoplamiento flexible-rotor capaz de describir las vibraciones mecánicas resultantes del desalineamiento y el desbalance, obteniendo ecuaciones generalizadas del movimiento para un sistema desalineado y desbalanceado. Los autores presentan los resultados de estudios experimentales realizados sobre un banco para pruebas dinámicas controladas, con la finalidad de validar su modelo teórico de desalineamiento y desbalance, pero no aborda la problemática de las máquinas reales en el proceso productivo. Por su parte, Sekhar AA y Prabhu BS [3], modelaron un sistema rotor-cojinete utilizando elementos finitos de orden superior, demostrando que el aumento de las componentes armónicas debido al desalineamiento puede modelarse a través de este método. La investigación está encaminada a demostrar la validez del método de los elementos finitos para modelar el comportamiento de las componentes armónicas generadas por el desalineamiento. Es un trabajo puramente teórico. Así mismo, Obaid RR, et al [4], analizaron el efecto de variar la frecuencia de entrada al motor de inducción en la detección del desbalance y el desalineamiento, demostrando que el efecto de estos defectos se evidencia en el espectro de corriente del estator aún a baja velocidad. En este caso, se realiza un estudio de la influencia de la frecuencia fundamental en la apariencia del espectro de corriente registrado en un accionamiento eléctrico, todo ello en un banco de ensayos, no abordando la realidad de las máquinas inmersas en procesos productivos. En 2004 Saavedra PN y Ramirez DE [5, 6], publicaron los resultados del desarrollo de un modelo teórico de elementos finitos de un sistema de dos rotores acoplados a través de un acoplamiento flexible para describir las vibraciones mecánicas resultantes del desalineamiento. Los cálculos mostraron que la variación periódica de la rigidez del acoplamiento con la rotación, fue la causa del comportamiento vibratorio. Los resultados teóricos se validaron experimentalmente, mostrando buena correspondencia entre el modelo teórico y el experimental. Nuevamente, se trata del empleo de un banco de ensayo para validar los resultados de la modelación por el método de los elementos finitos, de dos rotores acoplados a través de un elemento flexible, lo cual resulta muy import (...truncated)