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Título : Análisis del desgaste superficial en los álabes de un rodete francis mediante simulación por elementos finitos en la interfaz del material metalizado y no metalizado: caso de estudio – San Francisco
Autor : Montenegro Andino, Diego Fernando
Carrillo Punina, Marco Alexander
Director(es): Caicedo Reyes, Jorge Isaías
Tribunal (Tesis): Aquino Reyes, Sócrates Miguel
Palabras claves : METALIZADO;DESGASTE SUPERFICIAL;MORFOLOGÍA;PERFIL DE ANCLAJE;SIMULACIÓN DE FLUIDOS;CAVITACIÓN;ESCANEO 3D
Fecha de publicación : 25-nov-2020
Editorial : Escuela Superior Politécnica de Chimborazo
Citación : Montenegro Andino, Diego Fernando Carrillo Punina, Marco Alexander. (2020). Análisis del desgaste superficial en los álabes de un rodete francis mediante simulación por elementos finitos en la interfaz del material metalizado y no metalizado: caso de estudio – San Francisco. Escuela Superior Politécnica de Chimborazo. Riobamba
Identificador : UDCTFM;15T00734
Abstract : The lack of information regarding surface wear at the micrometric level on the blades of a Francis runner led to the analysis of surface wear on the blades of the Francis runner at the San Francisco Hydroelectric Power Plant, through finite element simulation at the interface of the metallized material and not metallic. The project began with the extraction of a blade section that allowed a detailed study of its morphology at a micrometric level. With the help of the CIRT scanning electron microscope, it was possible to obtain the morphology of the anchoring profile of the base metal, metallization layer and external profile. Solidworks software was used to perform 3D modeling of the extracted blade section including details of its morphology. By means of CFD simulation with the Flow Simulation tool, 3 different study scenarios were generated: the Francis turbine assembly, which allowed observing the behavior of the fluid on a macro scale inside the impeller, a 3D model without surface wear and a 3D model with surface wear in the metallized layer. With the simulation it was found that the fluid properties change in their numerical values when there are sudden changes in section, either by erosion of the material due to previous cavitation or by areas of the metallized layer with excess thickness. The deltas of variation in the values of the density and temperature of the fluid were minimal, that is the reason why they were considered negligible assuming that these properties are constant throughout their trajectory inside the turbine. It is recommended to work with a standard thickness of 250 μm for impeller metallization procedures, since areas with greater thickness become stress concentrators, generating cavitation conditions that affect the impeller blades.
Resumen : La falta de información referente al desgaste superficial a nivel micrométrico en los álabes de un rodete Francis motivó a realizar el análisis de desgaste superficial en los álabes del rodete Francis de la Central Hidroeléctrica San Francisco, mediante simulación por elementos finitos en la interfaz del material metalizado y no metalizado. El proyecto inició con la extracción de una sección de álabe que permitió realizar un estudio detallado de su morfología a nivel micrométrico. Con ayuda del microscopio electrónico de barrido del CIRT, se logró obtener la morfología del perfil de anclaje del metal base, capa de metalizado y perfil externo. Se utilizó el software Solidworks para realizar el modelado 3D de la sección de álabe extraído incluyendo los detalles de su morfología. Mediante simulación CFD con la herramienta Flow Simulation se generaron 3 diferentes escenarios de estudio: el conjunto de la turbina Francis, que permitió observar el comportamiento del fluido a escala macro dentro del rodete, un modelo 3D sin desgaste superficial y un modelo 3D con desgaste superficial en la capa de metalizado. Con la simulación se encontró que las propiedades del fluido cambian en sus valores numéricos cuando existen cambios bruscos de sección, ya sea por erosión del material debido a cavitación previa o por zonas de la capa de metalizado con sobre espesor. Los deltas de variación en los valores de la densidad y temperatura del fluido fueron mínimos, razón por la cual se consideraron despreciables asumiendo que estas propiedades son constantes a lo largo de su trayectoria en el interior de la turbina. Se recomienda trabajar con un espesor estándar de 250 µm para procedimientos de metalizado en rodetes, dado que zonas con mayor espesor se convierten en concentradores de esfuerzos generando condiciones de cavitación que afectan los álabes del rodete
URI : http://dspace.espoch.edu.ec/handle/123456789/14526
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