Diseño de un banco de pruebas para el análisis de vibraciones en un sistema tipo rotor de Jeffcott para la aplicación del mantenimiento predictivo en el programa de ingeniería mecatrónica
Se propone el diseno de un banco de pruebas basado en un sistema rotor-eje apoyado sobre dos chumaceras para analizar su respuesta vibracional teniendo en cuenta que una maquina rotativa puede ser modelada matematicamente por medio del metodo de elementos finitos. En el trabajo se evidencia el disen...
- Autores:
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Serna López , Hernando
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2023
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
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- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/14757
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicada
Mantenimiento Predictivo
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Armónico
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Se propone el diseno de un banco de pruebas basado en un sistema rotor-eje apoyado sobre dos chumaceras para analizar su respuesta vibracional teniendo en cuenta que una maquina rotativa puede ser modelada matematicamente por medio del metodo de elementos finitos. En el trabajo se evidencia el diseno y la simulacion de los modos de vibración del banco de pruebas realizado en el software SOLIDWORKS considerando criterios de diseno para cada uno de los elementos del sistema (Motor, eje, rotor chumaceras y sus respectivos soportes). Tomando como base el diseño 3D, se plantea el modelado de las ecuaciones de movimiento del sistema y cada uno de sus componentes utilizando los efectos de la inercia rotativa, momentos giroscópicos, amortiguacion interna viscosa e histerica, las deformaciones por cizallamiento y el par axial. La formulación del trabajo permitirá que los estudiantes analicen diferentes escenarios de funcionamiento que permitan identificar la incidencia de la variacion del rotor a lo largo del eje y el comportamiento del sistema al modificar la separacion entre chumaceras |
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[1] Raul Armas, Genaro mosquera, Las vibraciones mecanicas y su aplicacion en el mantenimiento predictivo, Caracas, Venezuela, 2001. [2] F. P. Rondon, Conceptos fundamentales en la gestion del mantenimiento industrial, Universidad Santo tomas: fac. ingenierias, 2021. [3] M. Vassileva, Mantenimiento y analisis de vibraciones, vol. 4, Ciencia y sociedad, 2007. [4] RENOVETEC, Mantenimiento predictivo. tecnicas de mantenimiento condicional basadas en la medicion de variables fisicas, 2010. [5] C. MEJIA, Manual de vibraciones nivel 1, 003 ed., S. S.A.S, Ed., Tulua, Valle del Cauca, 2014. [6] O. P. Garcia, El mantenimiento general, p. i. elec-mec, Ed., Tunja, Boyaca: Univ pedagogica y tecnologica de colombia, 2006. [7] L.-R. R. A, Comportamiento y analisis experimental de la estabilidad de sistemas Rotor- Chumacera considerando la omnipresencia de desbalance y desalineamiento, 7 Congreso Iberoamericano de Ingenieria Mecanica, 2005. [8] J. a. V. D. Duman, El mantenimiento predictivo por analisis de vibraciones, Nuevas Tecnologias para el tratamiento de la señal tecniacustica, 1993. [9] E. E. Mota, Analisis experimental de la evolucion de las orbitas y el frente de fisura de un eje giratorio, 2016. [10] M. I. J. I. Hidalgo, Curso avanzado de vibraciones en turbomaquinas, vol. 1, Mecanicalisis, 2019, p. 6. [11] P. J. Ho Lee, «Integral sliding-Mode Control of a Magneticaly-ly Suspended Balance Beam: Analisys, Simulation, and Experiment,» Transactions on Mechatronics, vol. 6, nº 3, 2001. [12] T. L. C. Yang, «Estimations of distribuited unbalance of rotors,» Journal of engineering for GAs Turbines and Power , p. 124, 2002. [13] M. S. De Queiroz, «An active Identification method of rotor unbalance parameters,» Journal of Sound and Vibration, p. 12, 2009. [14] A. B. Ortega, «Centro de investigacion y de estudios avanzados del I.P.N,» Departamento de Ingenieria Electronica - Seccion de Mecatornica, 2015. [15] D. T. e. al., «Timoshenko beam finite elemnts,» Journal of Sound and Vibration, 1973. [16] H. Sanchez A., «Modelo analitico para el estudio de torsion en rotores flexibles,» Revista UIS ingenierias, p. 9, 2010. [17] F. e. al, «Dynamics of Roating Machines,» 2010. [18] S. Y. Z. L. y. A. P. YOON, «Control of Surge Centrifugal Compressors,» Active Magnetic Bearings, 2010. |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessZapata Gordon , AdonaiSerna López , Hernando2023-07-27T15:34:39Z2023-07-27T15:34:39Z2023https://hdl.handle.net/11059/14757Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeSe propone el diseno de un banco de pruebas basado en un sistema rotor-eje apoyado sobre dos chumaceras para analizar su respuesta vibracional teniendo en cuenta que una maquina rotativa puede ser modelada matematicamente por medio del metodo de elementos finitos. En el trabajo se evidencia el diseno y la simulacion de los modos de vibración del banco de pruebas realizado en el software SOLIDWORKS considerando criterios de diseno para cada uno de los elementos del sistema (Motor, eje, rotor chumaceras y sus respectivos soportes). Tomando como base el diseño 3D, se plantea el modelado de las ecuaciones de movimiento del sistema y cada uno de sus componentes utilizando los efectos de la inercia rotativa, momentos giroscópicos, amortiguacion interna viscosa e histerica, las deformaciones por cizallamiento y el par axial. La formulación del trabajo permitirá que los estudiantes analicen diferentes escenarios de funcionamiento que permitan identificar la incidencia de la variacion del rotor a lo largo del eje y el comportamiento del sistema al modificar la separacion entre chumacerasThis paper proposes the design of a test bench based on a rotor-shaft system supported on two bearings to analyze its vibrational response taking into account that a rotating machine can be modeled mathematically by means of the finite element method. The work shows the design of the test bench made in SOLIDWORKS software considering design criteria for each of the elements of the system (engine, shaft, rotor, bearings and their respective supports). Based on the 3D design, the equations of motion of the system and each of its components are modeled using the effects of rotational inertia, gyroscopic moments, viscous and hysteretic internal damping, shear deformations and axial torque.The formulation of the work will allow students to analyze different operating scenarios that will allow them to identify the incidence of the rotor variation along the shaft and the behavior of the system when modifying the bearing spacing.TABLA DE CONTENIDO RESUMEN………………………………………………………………………………………15 ABSTRACT………………………………………………………………………………..……15 1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ...............................................................................16 1.1 INTRODUCCIÓN ..............................................................................................16 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...............................................................17 1.3 JUSTIFICACIÓN ...............................................................................................18 1.4 OBJETIVOS......................................................................................................19 1.4.1 OBJETIVO GENERAL................................................................................19 1.4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................19 2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARA EL DISEÑO Y ANÁLISIS VIBRATORIO DE UN SISTEMA TIPO ROTOR DE JEFFCOTT.................................................................20 2.1 Análisis vibracional............................................................................................20 2.1.1 ¿Qué es una vibración?..............................................................................20 2.1.2 Vibración simple .........................................................................................20 2.1.3 Vibración compuesta. .................................................................................21 2.1.4 Vibración aleatoria y golpeteos intermitentes. ............................................21 2.1.5 Tipos de medición.......................................................................................22 2.1.6 Dirección de medición ................................................................................22 2.1.7 Valores de alarma de la vibración en una máquina....................................23 2.1.8 Límites máximos de vibración.....................................................................23 2.2 Diagnóstico de máquinas ..................................................................................24 2.2.1 Desbalanceo...............................................................................................24 2.2.2 Desbalanceo estático .................................................................................25 2.2.3 Desbalanceo de par de fuerzas..................................................................25 2.2.4 Fuentes de desbalanceo ............................................................................26 2.2.5 Desalineación .............................................................................................26 2.2.6 Desalineación paralela ...............................................................................27 2.2.7 Desalineación angular ................................................................................27 2.2.8 Holgura de rodamiento ...............................................................................27 2.2.9 Soltura mecánica........................................................................................27 2.2.10 Frecuencia natural y resonancias...............................................................29 2.2.11 Análisis espectral........................................................................................29 2.3 Tipos de sensores.............................................................................................31 2.3.1 Rango de medición de los sensores de velocidad......................................31 2.3.2 Características de los acelerómetros..........................................................31 2.3.3 Acelerómetros.............................................................................................32 2.4 El método de los elementos finitos (MEF o FEM). ............................................32 3 MODELADO CAD Y ANÁLISIS FRECUANCIAL DEL SISTEMA ............................34 3.1 Antecedentes ....................................................................................................34 3.2 El rotor Jeffcott con chumacera móvil ...............................................................35 3.3 Modelamiento matemático del sistema .............................................................36 3.4 Modelamiento de los elementos del sistema.....................................................38 3.5 Establecimiento de las matrices de los elementos............................................38 3.5.1 Matriz de rigidez elástica ............................................................................39 3.5.2 Matriz de rigidez de amortiguamiento interno.............................................40 3.5.3 Matriz de masa ...........................................................................................40 3.5.4 Matriz de inercia rotacional.........................................................................41 3.5.5 Matriz de efecto giroscópico .......................................................................41 3.5.6 Matriz de masa global.................................................................................42 3.5.7 Matriz de amortiguamiento global...............................................................42 3.5.8 Matriz de rigidez global...............................................................................42 3.6 Ensamble matricial............................................................................................43 3.6.1 Ensamble global de las matrices de cada elemento...................................43 3.6.2 Ensamble de matrices de los componentes adyacentes al rotor................44 3.6.3 Disco central...............................................................................................45 3.6.4 Soportes: Cojinetes, piñón y acople al motor. ............................................46 3.7 Selección y Modelado 3D de los elementos del banco de pruebas ..................47 3.7.1 Selección del motor eléctrico......................................................................47 3.7.2 Diseño del eje.............................................................................................47 3.7.3 Diseño disco balanceador de masas..........................................................52 3.7.4 Selección de chumaceras...........................................................................52 3.7.5 Diseño del chasis del banco de pruebas ....................................................53 3.8 Simulación.........................................................................................................56 4 RESULTADOS ........................................................................................................60 4.1 Ecuaciones obtenidas en el análisis matemático ..............................................60 4.2 Cálculo del eje...................................................................................................61 4.3 Modelado 3D del banco de pruebas .................................................................61 4.4 Resultado del estudio de frecuencias en SolidWorks simulation ......................62 4.4.1 Estudio de frecuencia Forma modal 1 ........................................................62 4.4.2 Estudio de frecuencia Forma modal 2 ........................................................63 4.4.3 Estudio de frecuencia Forma modal 3 ........................................................64 4.4.4 Estudio de frecuencia Forma modal 4 ........................................................64 4.4.5 Estudio de frecuencia Forma modal 5 ........................................................65 5 CONCLUSIONES....................................................................................................67 6 RECOMENDACIONES............................................................................................68 7 BIBLIOGRAFIA........................................................................................................69PregradoIngeniero(a) Mecatrónico(a)79 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería MecatrónicaFacultad de TecnologíasPereira620 - Ingeniería y operaciones afines::621 - Física aplicadaMantenimiento PredictivoBancos de Pruebas para VibracionesMonitoreo de CondiciónMantenimientoVibracionesArmónicoDiseño de un banco de pruebas para el análisis de vibraciones en un sistema tipo rotor de Jeffcott para la aplicación del mantenimiento predictivo en el programa de ingeniería mecatrónicaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis[1] Raul Armas, Genaro mosquera, Las vibraciones mecanicas y su aplicacion en el mantenimiento predictivo, Caracas, Venezuela, 2001.[2] F. 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Sanchez A., «Modelo analitico para el estudio de torsion en rotores flexibles,» Revista UIS ingenierias, p. 9, 2010.[17] F. e. al, «Dynamics of Roating Machines,» 2010.[18] S. Y. Z. L. y. A. P. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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