Diagnóstico y propuestas de mitigación para comportamientos vibracionales atípicos mediante monitoreo del espacio de frecuencias del sistema turbina-generador en Central Hidroeléctrica Aconcagua

Abstract

El presente trabajo de título aborda el análisis del comportamiento dinámico y la caracterización de la firma vibracional en las unidades generadoras Juncal y Blanco, las cuales conforman la Central Aconcagua del Complejo Hidroeléctrico Aconcagua de Colbún, situado en la comuna de San Esteban. La investigación surge a partir de los hitos de mantenimiento críticos ocurridos durante el segundo semestre de 2025, centrados en el cambio de rodete de ambas unidades tipo Pelton vertical. Un aspecto determinante de este estudio es que la unidad Juncal experimentó una modificación en su diseño original al reemplazar su rodete de 20 cangilones por uno de 21 cangilones (geometría impar), mientras que la unidad Blanco mantuvo la configuración estándar de 22 cangilones (geometría par). Tras la puesta en marcha, se detectaron ruidos anómalos y variaciones en los niveles de vibración basales en la unidad Juncal, lo que motivó la necesidad de un diagnóstico técnico basado en el monitoreo de condición. El estudio se basó en un monitoreo continuo y recolección de datos a lo largo del semestre, aprovechando las variaciones naturales en la configuración de inyectores (2, 3, 4 y 6 en funcionamiento) impuestas por la disponibilidad de caudal de los ríos Juncal y Blanco. Esta estrategia permitió obtener una base de datos representativa de diversos escenarios operativos sin la necesidad de interrumpir la operación comercial para pruebas exclusivas. La instrumentación utilizada consistió en un sistema dual: sondas de proximidad para medir la vibración relativa del eje y acelerómetros para la medición de la velocidad vibratoria absoluta (mm/s) en los descansos estructurales. Esta disposición permitió evaluar el comportamiento del conjunto rotatorio en sus tres puntos de apoyo críticos: guía superior e inferior del generador y guía turbina. Para el monitoreo y adquisición de datos de vibraciones, se utiliza el software Compass 6000^TM (Brüel & Kjær Vibro, 2016, v.6.16, Alemania), específicamente la versión de estación de trabajo 3.6.49004 (Type 7123). El análisis espectral se centró en la (...).

This undergraduate thesis addresses the analysis of the dynamic behavior and vibrational signature characterization of the Juncal and Blanco generating units, which constitute the Aconcagua Power Plant within Colbún's Aconcagua Hydroelectric Complex, located in San Esteban. The research stems from critical maintenance milestones during the second half of 2025, specifically the runner replacement for both vertical Pelton-type units. A decisive aspect of this study is that the Juncal unit underwent a design modification, replacing its original 20-bucket runner with a 21-bucket design (odd geometry), while the Blanco unit maintained the standard 22-bucket configuration (even geometry). Following commissioning, anomalous noise and variations in baseline vibration levels were detected in the Juncal unit, necessitating a technical diagnosis based on condition monitoring. The study relied on continuous monitoring and data collection throughout the semester, leveraging natural variations in injector configurations (2, 3, 4, and 6 jets in operation) dictated by the flow availability of the Juncal and Blanco rivers. This strategy provided a representative database of diverse operating scenarios without the need to interrupt commercial operations for dedicated testing. The instrumentation utilized a dual-system approach: proximity probes to measure relative shaft vibration and accelerometers to measure absolute vibration velocity (mm/s) at structural bearings. This setup allowed for the assessment of the rotating assembly's behavior at its three critical support points: the generator's upper and lower guide bearings and the turbine guide bearing. Vibration data acquisition and monitoring were performed using Compass software (Brüel & Kjær Vibro, 2016, v.6.16, Germany), specifically the workstation version 3.6.49004 (Type 7123). Spectral analysis focused on the(...).