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 - Montenegro Andino, Diego Fernando (2020)
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