Miércoles, 23 de abril de 2014
Rodamientos

Autor: García Barreiro, José Luis

Estudio y evolución de modelos analíticos de rodamiento, aplicando mecánica Newtoniana y Lagrangiana. Estimación de sensibilidad de parámetros con mayor influencia y estudios de estabilidad-linealidad. Desarrollo de aplicación informática para introducción y tratamiento de datos, aplicando técnicas de simulación e implementación en entorno Matlab-Simulink-GUI, y estudiando los resultados con las principales técnicas de análisis en los campos del tiempo y la frecuencia. _______________________________________________________________________

Autor: González Rodríguez, Jaime

Este proyecto se encuentra en el marco del mantenimiento predictivo y pretende comparar diferentes métodos para tratamiento de señales de vibración procedentes de rodamientos con distintos tipos de fallo, empezando por la conocida transformada de Fourier, para pasar después a métodos que permitan el tratamiento de señales no estacionarias como son la transformada de Hilbert-Huang o el redundant lifting scheme combinado con la transformada de Hilbert. Se pretende combinar estos métodos de tratamiento de señales con el método shock-pulse, técnica que permite determinar a partir de un único valor el estado de los rodamientos sin necesidad de interpretaciones más profundas de los resultados. En el proyecto se va a trabajar con señales de vibración obtenidas mediante el uso de acelerómetros en una máquina situada en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de Madrid. La obtención de dichas señales no forma parte del proyecto como tal, ya que fueron obtenidas en el desarrollo de un trabajo dirigido realizado por Iván Martínez Aldana. Disponemos de 4 tipos de rodamiento: rodamientos sin fallo, rodamientos con fallo en bola, rodamientos con fallo en la pista interna y rodamientos con fallo en la piste externa. Cada rodamiento se ha ensayado a 3 velocidades de giro diferentes: 10 Hz, 20 Hz y 30 Hz.

Autor: Ros Rodríguez, Francisco

Este proyecto se encuadra en el mantenimiento de los rodamientos de las máquinas y se pretende estudiar los niveles de vibración de los mismos con y sin defectos a diferente nivel de carga y a diferente velocidad de giro. Se realizará un análisis con la transformada de Hilbert-Huang que permite el tratamiento de señales no estacionarias, para a continuación hacer un estudio estadístico de los niveles de vibración obtenidos en los distintos niveles de carga y de velocidad. En el primer capítulo se expone la motivación del proyecto en una pequeña introducción, se comentan los objetivos y se explica cómo se organizará el proyecto. En el siguiente capítulo, el segundo, se explicarán los conceptos teóricos necesarios para la realización del proyecto, tales como el comportamiento en vibración de los rodamientos defectuosos y las transformadas de Fourier y Hilbert-Huang. Después, en el tercer capítulo, se detallará como se realizaron los ensayos en una máquina situada en la Universidad Carlos III de Madrid para obtener las señales de los rodamientos objeto de estudio. Se realizaron ensayos con cuatro condiciones de rodamientos (sin defecto, con defecto en bola, con defecto en pista interna y con defecto en pista externa) a tres velocidades (600 rpm, 1200 rpm y 1800 rpm) y con tres cargas distintas (alta, media y baja). Todas estas señales se almacenaron tanto para el eje X como el Y. En el cuarto capítulo, se estudiarán las señales obtenidas en los ensayos mediante la transformada de Hilbert-Huang. Primero se escogerá el eje en el que se tomarán las amplitudes de las frecuencias importantes de cada señal y después se realizará un análisis para determinar las frecuencias más significativas de las señales vibratorias. Por último en este capítulo se realizará un estudio estadístico con dichos datos para comparar las vibraciones de los rodamientos defectuosos en función de la carga y la velocidad a la que giraban. Por último se expondrán las conclusiones obtenidas del proyecto y se propondrán los futuros desarrollos del estudio de las vibraciones en los rodamientos defectuosos

Autor: Marín López, José María

El objetivo principal de esta tesis es la modelización de un rodamiento de bolas mediante técnicas newtonianas y lagrangianas. El modelo contemplará la posibilidad de incluir la presencia de defectos. Se propondrá además un modelo térmico de comportamiento del rodamiento. Los resultados de estos modelos dinámicos y térmicos serán contrastados experimentalmente. Para conseguir estos objetivos se precisa abordar las siguientes etapas: La revisión bibliográfica y de las técnicas de modelado de sistemas dinámicos, análisis de vibraciones, métodos de tratamiento de señales, transferencia de calor, con el fin de emplearlas en la detección y análisis de defectos localizados en rodamientos de bolas. Establecer un modelo que permita simular, con suficiente fidelidad, el comportamiento del rodamiento en condiciones de funcionamiento. En este punto se establecerán las hipótesis que se crean convenientes para evitar obtener un modelo cuya complejidad no permita abordar un análisis realista e industrial. Esto va a permitir analizar los distintos parámetros que influyen en la dinámica del sistema y la interacción entre ellos. Integración de las ecuaciones del movimiento derivadas del modelo utilizando la herramienta Simulink de Matlab. Obtener un modelo de distribución de temperatura en régimen estacionario en los elementos que forman el rodamiento así como elementos adyacentes como el eje y el alojamiento. La construcción de un banco de ensayos de elementos mecánicos rotativos donde se analizará el comportamiento real del rodamiento particular objeto de estudio y permita validar el modelo propuesto. El banco de ensayos deberá ser lo más simple y robusto posible para evitar la influencia, sobre la señal de vibración, de elementos externos al propio rodamiento.La familiarización con la captación y registro de medidas de vibración en una máquina real. Esto ocasiona el manejo de un equipo de medida compuesto de acelerómetros, acondicionadores de señal (como filtros, integradores, ...), tarjeta de adquisición de datos y el software adecuado para la grabación y análisis de la señal en la computadora. Toma de temperaturas con pirómetro y sondas de contacto o termopares de aquellos puntos del sistema mecánico cuyos valores resulten adecuados para interpretar el comportamiento del sistema. Extraer empíricamente el valor de todos los parámetros necesarios para configurar el modelo, que no puedan establecerse con precisión de forma teórica o a partir de la literatura técnica. Validar los modelos de rodamiento, contrastando la señal obtenida de los mismos con la señal obtenida del funcionamiento del rodamiento en el banco de ensayos, bien sea bajo condiciones óptimas de funcionamiento (rodamiento nuevo) o bien con defectos característicos localizados. Finalmente, establecer la relación entre el modelo dinámico y el modelo térmico.

Autor: Sanz Arranz, Álvaro

Este proyecto plantea sin duda una serie de objetivos realmente ambiciosos desde el punto de vista de la aplicación práctica que va a suponer en un futuro. Han colaborado los departamentos de Mecánica y de Automática y Sistemas de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de Madrid para así poder desarrollar y diseñar una interface de usuario gráfica que permita dinamizar y ampliar el estudio de señales procedentes de distintos sensores, con el fin de analizarlas en la misma interface. La aplicación para la que se concibió la herramienta fue para el análisis de señales procedentes de acelerómetros con el fin de detectar fallos en rodamientos. El objetivo principal de este proyecto es la realización de una interface gráfica en Matlab que permita las fases de captura de señales y procesamiento de señales destinadas a la detección de fallos en rodamientos. Los objetivos propuestos para este proyecto son: - Diseño de una interface gráfica que permita la adquisición de datos utilizando la tarjeta KUSB 300 de Keithley. - Diseño de una interface de usuario conjunta que integre las lecturas de las señales con los algoritmos. - Integración de los primeros algoritmos de detección de fallos. La herramienta ha sido concebida de forma amplia para que permita el estudio de señales tomadas desde una MFS Lite para medir vibraciones mecánicas en rodamientos (que es la principal aplicación que se le dará en el futuro y la que movió las principales directrices a la hora de programar la herramienta) hasta señales eléctricas y electrónicas en general (fuentes de tensión AC/DC, transitorios, evoluciones temporales de cargas eléctricas...etc.). Las señales expuestas son sólo ejemplos, ya que, con la sola ayuda de un PC y una tarjeta de adquisición de datos, será posible realizar mediciones de cualquier magnitud, previa conversión a estímulos electrónicos, medible, pudiendo representarla en función del tiempo para posteriormente poder tratarla y llevar a cabo diversas transformaciones de la misma con el objeto de realizar un estudio completo de las evoluciones y características particulares de las mismas. Además, se buscaba que se pudieran medir varias señales simultáneamente y en tiempo real. El objetivo era, por tanto, incrementar las prestaciones del software desarrollado, al permitir llevar a cabo el estudio de un rango comprendido entre uno y ocho canales, a elegir por el usuario del mismo. Se adjuntan además en el proyecto directrices acerca de la instrumentación necesaria para una buena toma de datos, y una extensa descripción de la importancia de los objetivos que se podrán conseguir gracias al empleo de la interfaz gráfica desarrollada, con gran sencillez por parte del usuario.

Autor: Martínez Aldana, Iván

En el presente documento se desarrollará un método de análisis y diagnosis de elementos mecánicos, todo ello dentro del concepto de mantenimiento predictivo. Concretamente en la diagnosis de fallos mecánicos en rodamientos de bola mediante el análisis de las vibraciones en dichos elementos. Los rodamientos de bola forman parte del subsistema de apoyo de máquinas rotativas, soportando una gran porción de carga estática y dinámica del sistema, por lo que la posibilidad de un defecto incipiente en su estructura, es inherente a las tensiones involucradas en la conversión de energía del sistema. El objetivo principal del presente proyecto es desarrollar un método de diagnosis de defectos en rodamiento. Se desarrollarán los dos aspectos comentados, tanto el análisis de la señal como la clasificación de la información de estos análisis. En primer lugar para el análisis de las señales se utilizarán las herramientas derivadas del análisis Wavelet, más concretamente se utilizarán las llamadas Wavelet Packet o paquetes Wavelet y la energía de dichos paquetes. Es objetivo secundario de este proyecto diferenciar qué herramientas son más idóneas para la descomposición. En el capitulo siguiente se hará una exposición de lo que son las Wavelet madre, pero por el momento, para que el lector comprenda el segundo objetivo, las Wavelet madre son una parte del funcionamiento de la descomposición Wavelet y en el tratamiento de señales de rodamientos de este proyecto se utilizarán dos Wavelets madre distintas que será objeto de estudio averiguar si una es mejor que la otra. El significado concreto de cada aspecto del análisis Wavelet se llevará a cabo en el siguiente capítulo. A partir de este análisis se desarrollará un método para poder clasificar los rodamientos según el tipo de fallo que presenten. En segundo lugar, una vez que se tenga el mencionado sistema de clasificación del estado de los rodamientos, se desarrollará un programa que sea capaz de, introduciendo una señal vibratoria de un rodamiento, identificar el fallo que presenta dicho elemento basándose en el modelo de clasificación obtenido realizado con Wavelet Packet. El funcionamiento de dicho programa utilizará la lógica difusa o borrosa, herramienta fácil y de sencilla programación que está adquiriendo cada vez más peso en ingeniería utilizándose para control de procesos. En capítulos siguientes se abordará las características de esta lógica que la hacen más idónea que la lógica tradicional. Ambas herramientas mencionadas, tanto las Wavelet Packet y su energía como la programación en lógica difusa, serán tratadas a través del programa de cálculo Matlab® que presenta algoritmos ya preprogramados de estas herramientas.

Autor: Hernández Solano, Jesús

El presente proyecto se enmarca en el mantenimiento predictivo de elementos de mecánicos, más concretamente en rodamientos. Estos componentes suelen ser concebidos y diseñados dentro de una máquina para ser los primeros en fallar, debido a su bajo coste y fácil sustitución. Por ello es de vital importancia el conocimiento de sus estado, para predecir el buen funcionamiento de la máquina. El objetivo de este proyecto es detectar fallos con cierto nivel de incipiencia de rodamientos en servicio utilizando técnicas de mantenimiento predictivo. En primer lugar, se pretende realizar una comparación entre diferentes métodos de tratamiento de señales, con el objetivo de discernir cuál es el más adecuado para analizar señales de vibración de rodamientos con distintos modos de fallo (fallo en pista interna, en pista externa o en bolas). En este sentido, se comenzará estudiando la Transformada de Fourier (FT), para dar paso a la Transformada de Hilbert (HT), técnica que permite el tratamiento de señales no estacionarias. En un segundo término, se utilizarán estas señales tratadas para diseñar un sistema clasificador basado en lógica difusa o borrosa, que interprete las vibraciones de distintos rodamientos y que sea capaz de distinguir si nos encontramos ante un rodamiento: · Con fallo en bola. · Con fallo en la pista externa. · Con fallo en la pista interna. · Normal (en buen estado y sin defectos incipientes).

Autor: Alameda Casabella, Alberto

Cuando se diseña una maquina se hace con la premisa de que esta tendrá una vida más o menos prolongada pero, en todo caso, limitada. Estas maquinas están compuestas por un gran número de elementos de los cuales destacamos aquellos que van ensamblados sobre ejes o árboles que a su vez están soportados por cojinetes o rodamientos ya que el fallo de alguno de estos elementos puede arrastrar a varios de ellos e incluso llegar a la inutilización de estos, para ello, en este Proyecto Fin de Carrera analizaremos los tipos de rodamientos y la defectologia que pueden presentar así como sus consecuencias y la manera de evitarlos haciendo posteriormente un estudio identificativo mediante el Software informático Matlab de los defectos tanto externos como internos sobre los rodamientos apoyándonos en los ejercicios contenidos en el libro de Simon Braun, “Discover the signal processing. An interactive guide for engineers”. Para esta identificación de defectos mediante el procesamiento de señales lo primero que se hizo fue la creación de una guía interactiva para el análisis y procesamiento de señales basándonos en el libro de S.Braun en el cual previamente se adaptó a la lengua española tanto sus textos como sus ejercicios, lo cuales están programados con el software informático Matlab. Una vez creada la guía la aplicaremos de manera practica en el diagnosis de maquinas y mecanismos centrándonos en el estudio de la defectologia en rodamientos. Para ello, escogimos la programación que más se ajustaba a nuestro caso práctico, en el que utilizaremos rodamientos de nueve bolas con defectos en el aro exterior, en el aro interior y sin defecto, para finalmente compararlos con los resultados obtenidos mediante las expresiones analíticas de BPFO (Ball Pass Frecuency of the Outer race) y BPFI (Ball Pass Frecuency of the inner race).----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Autor: Zamorano Castaño, Miguel

La justificación del proyecto es poder dar una solución al ámbito del mantenimiento predictivo mediante el análisis de señales vibratorias de elementos rotativos de las máquinas. Poder hacer estudios de señales vibracionales con el análisis de diferentes transformadas y observar el comportamiento de dichas señales para poder llevar a cabo un buen mantenimiento futuro de la máquina. Para ello hemos realizado este proyecto fin de carrera en el que se puede ver con mucho detalle las características de estas técnicas de análisis y cómo se utilizan a la hora del análisis de cualquier señal vibracional. El objetivo fundamental de este proyecto es el análisis de señales con técnicas que trabajen en el campo tiempo-frecuencia, centrándose en el análisis de mapas derivados de las transformadas CWT (Continuous Wavelet Transform) y STFT (Short Time Fourier Transform). El análisis comenzará con el estudio de señales básicas y finalizará con un análisis detallado de señales generadas por rodamientos con fallos localizados.

Autor: Martí Herranz, Miguel Ángel

Este trabajo analiza de formas diferentes el tiempo de vida útil de un rodamiento, utilizando un modelo numérico calculado por medio de los elementos finitos bajo la aplicación de simulación de eventos mecánicos en código comercial Algor™ [1] [2]. El rodamiento es, quizás, la parte de las máquinas rotativas que presenta mayor siniestrabilidad, entendiendo como tal el número de intervenciones realizadas sobre dichos elementos en un periodo de tiempo determinado. Su predisposición al deterioro es debida a que el rodamiento es el elemento que canaliza todos los esfuerzos estáticos y dinámicos del conjunto de la máquina así como los movimientos de rotación de los ejes. Después de los estudios realizados, se pueden llegar a varias conclusiones: - Los datos adquiridos para cada simulación son validos para el análisis, ya que por motivos de capacidad de almacenaje en las unidades de cálculo, no se pueden tener datos de forma ilimitada, es por esto que se realizo este análisis en el capítulo II, para conocer el porcentaje de datos validos y no significativos (influyentes) para el análisis. - Como era razonable, los puntos críticos de contacto en la pista externa donde ocurrirá la falla se presenta cerca de la línea de fuerza. En la siguiente figura se muestra la numeración de los nodos que fueron analizados.