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Análisis de la Respuesta de un Sistema Subamortiguado Sometido a Vibración Libre y

Forzada

INGENIERÍA MECATRÓNICA

PRESENTA

Gustavo Alonso Ramírez Ríos

Celaya, Guanajuato. Marzo del 2010

INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.� En la actualidad la implementación de herramientas de software, para el estudio y análisis de

aplicaciones ingenieriles constituye una poderosa herramienta para dar solución a diferentesaspectos uno de ellos el de carácter académico y tecnológico.

Con esto se puede resaltar la importancia de desarrollar herramientas que ayuden aimplementar nuevas técnicas de diseño e instrumentación dando como resultado accionesde prevención, predicción y corrección, logrando que un estudiante pueda llevar unaformación completa y sea capaz de desarrollar un proyecto a su máxima expresión.

ORIGINALIDADORIGINALIDAD� En la actualidad, el estudio de sistemas vibratorios esta enfocado en gran parte

a sistemas de rotación con excentricidad, que se derivan en acciones debalanceo de ejes. Son pocos aquellos sistemas vibratorios diseñadosdirectamente para un banco de pruebas que permita el ensayo dinámico deelementos viga con la encomienda de calcular experimentalmente frecuenciasnaturales o razones de amortiguamiento, debido al poco desarrollo de estossistemas la existencia de elementos de medición para los mismos tambiénsuelen ser escasos o nulos.

ANTECEDENTES ANTECEDENTES � Es un aparato ideado para llevar a cabo experimentos en el campo de las

vibraciones mecánicas desde las bases de la teoría de vibraciones y Balanceo derotores. Su objetivo involucrar al estudiante con métodos experimentales quereafirmen sus conocimientos teóricos al mismo tiempo que despiertan su inquietudpor profundizar en el estudio y le permiten lograr una apreciación más crítica de losfenómenos estudiados.

� Instrumentación virtual como medio demedición para parámetros de un sistemavibrante.

� Este concepto nace a partir del uso delcomputador personal (PC) como"instrumento" de medición de señales

� procesamiento, análisis, almacenamiento,distribución y despliegue de los datos

� interfaz hombre-máquina, las funciones deanálisis y procesamiento de señales, lasrutinas de almacenamiento de datos y lacomunicación con otros equipos.

� Actualmente el banco de vibraciones cuentacon un sistema mecánico para graficar larespuesta de los sistemas vibratorios,

consiste en ir enrollando una cinta de papeldonde con un bolígrafo montado sobre elelemento sometido a vibración, que permitemarcar el movimiento oscilatorio. Esto

conlleva a tener una disipación de energíapor el contacto entre la cinta de papel y elbolígrafo.

� º

� Se ha desarrollado un analizador virtual de vibraciones para ser utilizado tanto a nivel delaboratorio (docencia e investigación) como en la industria. Esto incluye las tareas demedición, monitoreo y diagnóstico de fallas de máquinas rotatorias. En el analizador se hanincluido técnicas de análisis de vibraciones tales como: el análisis espectral, medición de fasey promedio sincrónico. Además, posee un módulo de lectura de datos y un módulo deadquisición de datos y registro de información, sin embargo este sistema ha sido diseñadoúnicamente para sistemas rotacionales.

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� PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

� Necesidad:

� La adquisición de datos de sistemas Vibratorios subamortiguados de un grado delibertad sujeto a vibración libre, para obtener el factor de amortiguamiento; y obtenerla respuesta del sistema cuando es excitado por una fuerza sinusoidal de forma que sepueda corroborar de forma teórica.

� HIPÓTESIS DEL PROYECTO.

� La respuesta generada a partir del análisis de un sistema mecánico sometido a vibraciónlibre y forzada, en forma experimental corresponde a la respuesta obtenida de formateórica

JUSTIFICACION JUSTIFICACION � El análisis de vibraciones mecánicas es un tema bastante amplio, en el cual no es suficiente

conocer solo los aspectos teóricos que la materia implica.

� Un proceso experimental de vibraciones mecánicas es en muchos de los casos es complejoen el momento que se requiere de la adquisición de medidas o parámetros.

� El laboratorio de Ingeniería Mecánica del ITC, cuenta con un instrumento de mediciónbasado en un dispositivo de una aguja que registra los movimientos del sistema de vibraciónsobre un trozo de papel, que a menudo tiene que estar siendo desmontado en cuanto tengaque ser cambiado para mediciones posteriores, además en un proceso de comparación dediferentes respuestas se torna difícil su interpretación.

� Este proyecto implica el desarrollo y el diseño de un instrumento para medición de lecturasgeneradas de sistemas sometidos a vibración mecánica, que serán utilizadas para análisis de larespuesta, necesaria para estudio de los sistemas subamortiguados.

IMPACTOS IMPACTOS

� Un beneficio importante será permitir a los estudiantes de ingeniería que requierandel estudio de la materia de Vibraciones Mecánicas puedan verificar los resultadosexperimentales con los que son obtenidos en base al desarrollo de las teoríasexpuestas de la materia.

� Social: Los alumnos de ingeniería del ITC, interesados en el estudio de las vibraciones mecánicas podrán realizar prácticas experimentales con resultados con mayor precisión y exactitud, lo que llevará a una comparación información teórica con la obtenida de forma experimental, derivándose en un mejor entendimiento de los conceptos generales del área de estudio de las vibraciones mecánicas.

� Tecnológico: Desarrollo de instrumentos de medición más avanzados y acordes al tiempo, entorno y el estudio del área de vibraciones, al incluir herramientas de software y electrónica para un sencillo y rudimentario sistema mecánico.

� OBJETIVO GENERAL.

� Instrumentar el Banco de Vibraciones Mecánicas, localizado en el Laboratorio deIngeniería Mecánica, del Instituto Tecnológico de Celaya (ITC); para obtener los datosde la respuesta de los sistemas subamortiguados sujetos a vibración libre y forzada.Con la respuesta que se genera a través de un impulso se calculara el factor deamortiguamiento y con la respuesta del sistema forzado se realizara una comparacióncon lo obtenido de forma teórica.

� OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

� Obtener el factor de amortiguamiento de seis tipos de sistemas subamortiguados sujetos a vibración libre.

� Investigar sobre el funcionamiento del sensor infrarojo LG5B65PU de la marca L-GAGE (Laser Gauging sensors), para determinar si es factible utilizarlo en la instrumentación de los sistemas vibratorios sujetos a análisis.

� Implementar un ratón óptico como sensor para medir la respuesta de los sistemas vibratorios.

� Desarrollar un instrumento virtual, haciendo uso de las herramientas contenidas en el Software conocido como LabView, con la finalidad de obtener la respuesta de los sistemas vibratorios y con ello estimar el factor de amortiguamiento.

� Comparar la respuesta teórica y experimental de dos sistemas sujetos a vibración forzada.

� METAS

� Mediante métodos experimentales aplicados al banco de vibraciones de ITC y el diseño de un nuevo sistema de medición, proporcionar una herramienta de estudio a los estudiantes con la necesidad de estudiar el campo de las vibraciones mecánicas.

� Adecuar los elementos, de los cuales está constituido el banco de vibraciones para que pueda permitir su fácil manipulación que ayude a la obtención de lecturas necesarias para bases experimentales y teóricas.

� Establecer las bases para el desarrollo de un sistema, más avanzado de medición que contengan elemento de cámaras de visión, compatibles con el software utilizado en un principio.

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METODOLOGÍA CIENTÍFICA METODOLOGÍA CIENTÍFICA � Recopilación de datos teóricos sobre sistemas sometidos a vibración mecánica, bajo los

criterios de estudio necesarios para la presencia de condiciones de amortiguamiento.

� Elaboración de los sistemas experimentales propuestos para el análisis requerido en el estudio teórico de sistemas vibratorios sujetos a vibración subamortiguada.

� Diseño del algoritmo, con el que habrá de procesarse los resultados de las señales obtenidas

�

� Elaboración del programa en el software conocido como LabView, especial para la creación de instrumentos virtuales de medición.

� Tratamiento y acondicionamiento e interpretación de señales obtenidas.

� Comparación y registro en tablas de resultados experimentales con lo recabado teóricamente al inicio de la investigación.

RESULTADOS ENTREGABLESRESULTADOS ENTREGABLES� Un sistema de medición al banco de vibraciones mecánicas, ubicado

en el laboratorio de ingeniería mecánica del Instituto Tecnológico de Celaya, que cuente con las características acordes al tiempo y entorno del estudio de las vibraciones mecánicas.

� Registros numéricos y gráficos que establezcan el comportamiento de parámetros fundamentales de un sistema de vibración mecánica sujeto a vibración libre amortiguada.

� Una herramienta accesible para los estudiantes interesados en el estudio de vibraciones mecánicas que facilite la comparación de un desarrollo experimental contra el contenido teórico que involucra el análisis de sistemas vibratorios.

� Bases para la implementación de un sistema de visión capaz de integrar dispositivos de alta tecnología, con la finalidad de realizar la medición de amplitudes de movimientos vibratorios.

RECURSOS NECESARIOS PARA EL RECURSOS NECESARIOS PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTODESARROLLO DEL PROYECTO

1.- Gasto Corriente

Acervos bibliográficos: $600 pesos

Apoyo formación de recursos humanos:$0

Cuotas de inscripción:$0

Pasajes:$0

software especializado:$350 licencia LabView

viáticos:$1000

Actividades de difusión seminarios, talleres, congresos:$0

Publicaciones, ediciones e impresiones: $500 pesos

Combustible: $0

Horario por servicios Profesionales :$0

Total de Gasto Corriente:$ 2100 pesos

2.- Gasto de Inversion

Equipo de computo: $15 mil pesos

Equipo de laboratorio: $3 mil pesos

Maquinaria, Heramienta y accesorios $0

Total de Gasto de Inversion $ 18 MIL pesos

Total de Gasto Solicitado $20mil 100 pesos