documento técnico
Diagnóstico de la fatiga de los rodamientos para una mejor operatividad de la turbina eólica
Acerca de Rohit Voothaluru
Rohit Voothaluru, miembro del equipo de investigación y desarrollo de Timken durante siete años, lleva a cabo procesamientos avanzados y modelado por computadora para la fabricación de rodamientos para turbinas eólicas de gran diámetro. Lidera múltiples proyectos de modelado innovadores, aprovechando los avances en multifísica, modelado de mesoescala y computación a fin de desarrollar soluciones para la optimización de procesos de fabricación. Su trabajo pionero ha sido reconocido por el Departamento de Energía de los Estados Unidos.
“Cuanto más se empujan las incógnitas, desde el punto de vista de la ingeniería, más oportunidades para resolver estos problemas, para innovar y ampliar lo que es factible de estar a la vanguardia de los sectores de fabricación y tecnología. Que me llamen para resolver problemas que no estaban presentes ayer pero que son de importancia crítica hoy, eso realmente me emociona”.
Los rodamientos de las cajas de engranajes de las turbinas eólicas son componentes importantes fabricados principalmente de acero martensítico de alta resistencia, debido a la excepcional durabilidad requerida para la presión continua de alto contacto que se aplica a los elementos rodantes y a los componentes de las pistas de rodadura.
A pesar de ser excelentes soluciones de ingeniería, la fatiga por contacto de rodadura (RCF), caracterizada por la formación de grietas en la superficie o debajo de la superficie, representó más del 75 % de las fallas prematuras de los rodamientos de las cajas de engranajes de las turbinas eólicas. Las regiones transformadas dentro de la microestructura de acero, «problemas de formación de corrosión blanca» (WEM), tal como se lo conoce en metalurgia por su apariencia blanca bajo microscopía óptica, generalmente preceden a la descamación y el desprendimiento inesperados de las pistas de rodadura.
Este es un problema importante en la tribología, en general, y en la energía eólica, en particular. Debido a que las turbinas masivas que se encuentran a cientos de pies sobre el suelo o flotan millas en alta mar para generar enormes cantidades de energía deben funcionar de manera óptima con un mantenimiento mínimo, es fundamental poder predecir la formación de WEM a fin de diagnosticar síntomas de fatiga y reducir la posibilidad de que ocasionen problemas operativos.
De eso precisamente trata nuestro último artículo. Buscamos comprender mejor los mecanismos para la formación de WEM y aclarar el papel de la disipación de energía por fricción.
En nuestro estudio, planteamos la hipótesis de que una combinación de carga multiaxial y cambios de energía de fricción debajo de la superficie podrían ser impulsores de la formación de WEM.
Para probar eso, empleamos un análisis paramétrico novedoso que evalúa el daño en la unión de las superficies en contacto bajo fuerzas oscilantes y usamos un modelo por computadora para considerar la orientación, el tamaño y la fricción local de una grieta debajo de la superficie.
Los resultados de la simulación no solo respaldan nuestra hipótesis y observaciones experimentales, también demuestran el parámetro de daño por fricción que presentamos como un predictor útil de WEM y un marco consistente y replicable para evaluar la disipación de energía.
Nuestros resultados están guiando los estudios futuros, y estamos desarrollando nuevos modelos que se basan en este trabajo. Todos tienen como objetivo mejorar la confiabilidad de los rodamientos de transmisión por engranajes para una mejor operatividad de las turbinas eólicas.
Lea el informe técnico completo.
Last Updated: 2022/02/24
Published: 2022/02/11