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    ndice de contenido

    Introduccin...........................................................................................................................................................11 PLANTEAMIENTO............................................................................................................................................3

    1.1 Antecedentes Generales de la Empresa...................................................................................31.1.1 Instituto Politcnico Nacional................................................................................................31.1.2 Inenier!a " #iencias $!sico%Matem&ticas ....................................................................3

    Escuela 'uperior de Inenier!a Mec&nica " Elctrica (E'IME)..............................3'eccin de Estudios de Posrado e In*estiacin........................................................+La,oratorio de -i,raciones " otodin&mica...................................................................+

    1.2 Oranirama de la Empresa........................................................................................................./0r. os Enriue -illa i*era0irector General.....................................................................................................................................M. en #. es4s e"es Garc!a0irector........................................................................................................................................................

    0r. aime o,les Garc!ae5e de la 'eccin de Estudios de Posrado e In*estiacin ......................................In. #uau6temoc $iueroa 7amorae5e del 0epartamento de In*estiacin...................................................................................0r. Areo -&8ue8 Mart!ne8e5e del 0epartamento de Posrado...........................................................................................90r. ulio #esar Gme8 Mancillae5e del La,oratorio de -i,raciones " otodin&mica......................................................9

    1.3 Planteamiento del pro,lema....................................................................................................... ..91.: usti5icacin...........................................................................................................................................1;

    1.+ O,

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    Mesa ecti5icadora de Granito........................................................................................2Motor Elctrico.........................................................................................................................29Acoplamiento......................................................................................................................... ....2@#6umacera..................................................................................................................................3;0iscos Inerciales.............................................................................................................. .........31

    2.3 Instrumentacin...............................................................................................................................322.3.1 'ensores Btili8ados.................................................................................................................33'ensores de Presin....................................................................................................................33'ensores de ProCimidad...........................................................................................................3+

    2.3.2 Actuadores.................................................................................................................................3/'er*o*&l*ula de Presin...........................................................................................................3

    2.: Instrumentacin -irtual...............................................................................................................32.:.1 #omponentes del sistema de instrumentacin.......................................................3@

    Tar

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    Introduccin

    Introduccin

    En trminos a,stractos dentro del campo de la instrumentacinJ un instrumento

    es un dispositi*o ue trans5orma la medida de una *aria,le 5!sica de inters en

    una 5orma ue es posi,le de almacenar. Para lorar ue la medida tena un si%

    ni5icado consistenteJ se emplea com4nmente un sistema est&ndar de unidadesJ de

    manera ue la medida de un instrumento puede ser comparada con la medida de

    otro.

    La Instrumentacin Industrial est& 5ormada por una serie de elementos ue sir%

    *en para medirJ con*ertirJ transmitirJ controlar " reistrar las *aria,les 5!sicas(pesoJ *elocidadJ presinJ temperaturaJ caudalJ entre otras) as! como sus *ariacio%

    nes en un proceso o 5enmeno determinadoJ permitiendo el an&lisis de los 5en%

    menos por medio de procesamiento de sealesJ pre*ioJ durante o posteriormente

    al e*entoJ as! mismo permite de5inir procesosJ " de est& manera la aplicacin de

    le"es de control en los sistemas.

    En la actualidad los sistemas de instrumentacin son una 6erramienta 5unda%

    mental en la industriaJ as! como en el campo de la in*estiacinJ 6an permitidorandes a*ances desde su introduccin permitiendo 6acer m&s eCactosJ e5icientes

    " detallados los procesos ue en est& se desempea por medio de la automati8a%

    cin " el control.

    Este tra,a

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    Introduccin

    En las mauinas rotatoriasJ donde se presenta un ni*el de *i,raciones ue puede

    causar daos a la mauinaria ue lo presentaJ se reuiere de una *iilancia de

    tiempo completo para o,ser*ar el comportamiento del sistema " me

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    1 PLANTEAMIENTO

    1 PLANTEAMIENTO

    1.1 Antecedentes Generales de la Empresa

    1.1.1 Instituto Politcnico Nacional

    El Instituto Politcnico Nacional es una institucin del Estado

    MeCicanoJ con una lara tradicin en la educacin respalda%

    da por m&s de setenta " un aos de dedicacin a la 5orma%

    cin de tcnicos " pro5esionales.

    Es una institucin p4,lica de in*estiacin " educacin a ni%

    *eles medio superiorJ superior " posradoJ 5undada en la

    #iudad de MCico en 1@3/ durante el o,ierno del Presidente

    L&8aro #&rdenas del !oJ 5ue creado mediante decreto presi%

    dencial " pu,licado en el 0iario O5icial de la $ederacin el 1

    de enero de 1@3/.

    El IPNJ se 5orm como una ran institucin ue 5uera interada por las escuelas

    de di*ersos campos ue 6asta ese momento 6a,!an 5unido de manera indepen%diente como la E'#AJ la E'IMEJ la E'# entre otras as! como un ,loue de escuelas

    del antiuo Instituto Tcnico Industrial.

    1.1.2 Ingeniera y Ciencias Fsico-Matemticas

    Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica(ESIME)

    El surimiento de la actual E'IME se remonta al de%

    creto presidencial de creacin de la Escuela de Artes

    " O5icios para 6om,resJ eCpedido por el Presidente

    Inacio #omon5ort en 19+/.

    3

    Ilustracin 1.1:Logo del IPN

    Ilustracin 1.2: Logo de laESIME

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    1 PLANTEAMIENTO

    $ue 6asta la e5ormaJ siendo Presidente de la ep4,lica 0on enito u&re8 ue

    en 19/: dio el decreto para la creacin de la Escuela Nacional de Artes " O5icios

    para ?om,res (ENAO)J ue se *io interrumpida durante la Inter*encin de MCicodel 'eundo Imperio.

    El plantel cam,io de nom,re en *arias ocasiones. En 1@1/ a Escuela Practica de In%

    enieros Mec&nicos " Electricistas (EPIME). En 1@21 a Escuela de Inenieros Mec&%

    nicos " Electricistas (EIME). En 1@32J por omisin in*oluntariaJ cam,ia a Escuela

    'uperior de Mec&nicos " Electricistas (E'ME) " casi inmediatamente adopta el

    nom,re ue 6asta la 5ec6a conser*aJ el de Escuela 'uperior de Inenier!a Mec&ni%

    ca " Elctrica (E'IME).

    La Escuela 'uperior de Inenier!a Mec&nica " ElctricaJ se compone de la siuien%

    te manera

    Planteles

    Unidad Zacatenco

    Bnidad #ul6uac&n

    Bnidad Ticom&n

    Bnidad A8capot8alco

    #arreras impartidas

    Inenier!a en #omunicaciones " Electrnica

    Inenier!a en #ontrol " Automati8acin

    Inenier!a Elctrica

    Inenier!a en #omputacin

    Inenier!a o,tica Industrial

    4

    Ilustracin 1.3: Entrada Unidad ProfesionalZacatenco

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    1 PLANTEAMIENTO

    Ingeniera Mecnica

    Inenier!a Aeron&utica

    Inenier!a en 'istemas Automotrices

    Seccin de Estudios de Posgrado e Investigacin.

    La 'EPI%E'IME%7 es la 'eccin de Estudios de Pos%

    rado e In*estiacin de la Escuela 'uperior de In%

    enier!a Mec&nica " ElctricaJ Bnidad 7acatenco

    del Instituto Politcnico NacionalJ eneraJ transmite

    " aplica el conocimiento cient!5ico " tecnolico en

    el &rea de la inenier!a electromec&nicaJ 5ormando

    recursos 6umanos de maestr!a " de doctorado del

    m&s alto ni*el de acuerdo con los est&ndares in%

    ternacionales.

    Laboratorio de ibraciones y !otodin"ica

    0e all! ue en el ao 1@@ el Pro5. ulio #.Gme8 Mancilla 5unde el La,oratorio de

    -i,raciones otodin&mica E'IME al

    reunir un rupo de cient!5icos aplicadosJ

    aduirir euipo para prue,as " *alida%

    cin terica por medio de eCperimenta%

    cin e iniciar la l!nea de in*estiacin

    aplicada de car&cter interdisciplinario.

    El La,oratorio de -i,raciones " otodin&mica se encuentra en la 'eccin de Es%

    tudio de Posrado e In*estiacin ('EPI)J en la E'IME 7acatencoJ en el &rea de

    Mec&nicaJ opcin 0iseo.

    5

    Ilustracin 1.4: Logo SEPIESIME

    Ilustracin 1.!: Logo La". #otodin$%ica& 'i"raciones ESIMEZac

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    1 PLANTEAMIE

    1.2 Organigrama de la Empresa

    Ilustracin 1.(: )rganigra%a descendente al La"oratorio de #otodin$%ica & 'i"raciones

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    1 PLANTEAMIENTO

    Dr. Jos Enriue !illa "i#eraDirector $eneral

    0entro de sus acti*idades se encuentra la de $ortalecer la calidad de las tareasdel Instituto " la atencin de la demanda educati*aJ el per5eccionamiento de los

    ser*icios educati*osJ el me

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    1 PLANTEAMIENTO

    rrespondiente con los Oranismos ECternos Independientes como lo es el #O%

    NA#"TJ #O$AAJ entre otros ue apo"an el desarrollo de in*estiacin en la 'EPI

    7acatenco.

    Dr. rgeo !/ue/ Martne/Je'e (el Deartamento (e Posgra(o

    esponsa,le del e5e del 0epto de PosradoJ es el coordinador de la opcin de las

    di*ersas &reas de conocimiento en la 'EPIJ as! como la inno*acin en las opciones

    de Titulacin en con*enio con otras instituciones internacionalesJ en su planea%

    cin " cumplimiento con5orme a los estatutos ue rien al IPN.

    Dr. Julio Cesar $*me/ MancillaJe'e (el 0a&oratorio (e !i&raciones y "oto(inmica

    0ocente de PosradoJ e5e de La,oratorio e In*estiador del 'NI ('istema Nacional

    de In*estiadores) del #ONA#"T. #on alto conocimiento en el &rea de -i,raciones

    Mec&nicasJ Mec&nica de la $ractura " otodin&micaJ es el e5e " $undador del La%

    ,oratorio de -i,raciones " otodin&mica de la E'IME 7acatencoJ teniendo a caro

    di*ersos pro"ectos de in*estiacin.

    1.3 Planteamiento del prolema

    Los a*ances 6ec6os en el campo de la ine%

    nier!a electrnicaJ de sistemas computacio%

    nales " de controlJ en los 4ltimos aos 6acen

    posi,le ue a6ora se cuenten con me

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    1 PLANTEAMIENTO

    triaJ 6a" diseos de c6umaceras ue se est&n ,uscando me

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    1 PLANTEAMIENTO

    1.! "usti#icacin

    MCico tiene una ran necesidad de enerar mauinar!a de tecnolo!a de puntaJ

    so,re todo en el campo de las mauinas rotatorias. En toda la industria eCistemauinaria rotatoria " en MCico se cuenta con dos compa!as estraticas para

    el desarrollo del pa!s ue son PEMEK " #$E. #on la resolucin del pro,lema se po%

    dr!a en un 5uturo implementar una c6umacera controla,le ue pueda sustituir la

    tecnolo!a ue se importa de otros pa!sesJ como son las c6umaceras electroma%

    nticas.

    Al mismo tiempo se reducir!an costos en euipoJ manteniendo la misma calidad

    de operacinJ " con ello se e*itar a un retraso tecnolico en las mauinas rota%torias.

    1.$ O%eti&os

    O,

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    1 PLANTEAMIENTO

    cuales se enuncian a continuacin.

    e*isar la ,i,liora5!a relacionada con el tema

    #onocer las especi5icacionesJ ranos de operacinJ " el 5uncionamiento de sen%

    sores 5acti,les para medir presinJ mo*imiento relati*o " a,soluto " actuado%

    res para reali8ar las acciones reueridas para manipular la *elocidad del mo%

    tor " la presin en la c6umacera.

    eali8ar la instrumentacin necesaria (ampli5icacin " acondicionamiento de

    las seales) para monitori8ar las *aria,les 5!sicas ue su5ren cam,ios en el sis%

    tema. Las seales se acondicionan en un rano de corriente "o *olta

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    1 PLANTEAMIE

    "esi(ente

    Actividades P/R Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre nero

    Residente

    Introduccin a las Instalaciones La,oratoriosJ re%as de #u,!culosJ etc.

    P

    0e5inicin de Lineas de In*estiacinP

    Asistencia a #lase de -i,raciones No LinealesP

    Asistencia a 'eminario 0epartamentalP

    e*isin i,liora5!a#6umaceras Est&ticasJ 0in&micas

    P

    e*isin i,liora5!a#6umaceras ?!,ridas

    P

    e*isin i,liora5!a Manual " Gu!a de ECperimen%tacin d'PA#E #P 11;:

    P

    0ocumentacin de 'ensores Implementados en elit otodin&mico

    P

    ECperimentacin En*!o seales por medio de tar

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    1 PLANTEAMIE

    sistente (e In#estigaci*n

    Actividades P/R Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre nero

    Asistente de Investigaci!n

    Asinacin " Tramite de #aro comoAsistente deInvestigacin.

    P

    0e5inicin de Acti*idades Administrati*as re5eren%

    tes al caro asinado.

    P

    In*entario de Euipo e Insumos en La,oratorio Li%ero de otodin&mica

    P

    In*entario de Euipo e Insumos en La,oratorio Pe%sado de otodin&mica

    P

    #oti8acin " compra de materiales " euipo de o5i%cina.

    P

    #oti8acin de materiales para remodelacin de La%,oratorio Liero.

    P

    #ompra de materiales e insumos para remodela%cin de La,oratorio Liero.

    P

    #oti8acin de materiales para remodelacin de La%,oratorio Pesado.

    P

    #ompra de materiales para remodelacin de La,o%ratorio Pesado.

    P

    emodelacin del La,oratorio Pesado de otodin&%mica -i,raciones.

    P

    Tramite de #ompra de Euipo de Importacin Ma-chine Fa!t "im!ator Magnm.

    P

    #ompra de Euipo de Importacin Machine Fa!t"ima!ator Magnm. #inconc!so$

    P

    Grfica 1.%: Diagrama de Gantt - Cronograma Asistente de Investigacin

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    2 MA"#O TE$"I#O

    2 MA)(O TE*)I(O

    2.1 Estado del ArteLos primeros tra,a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    do en cuenta la dependencia de los coe5icientes din&micos de la c6umacera en la

    5recuencia de pertur,acin.

    En 1@92J Artiles presento un tra,a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    ,ilidadJ ue tiene ue *er con el desarrollo de 5uer8as internas llamadas S$uer8as

    de Acoplamiento termino introducido por $a"olle " #6ilds en 1@@9.

    Lund introdu

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    2 MA"#O TE$"I#O

    drost&tica es modi5icada din&micamente por un sistema de control 6idr&ulicoJ en%

    tonces lleamos a lo ue 'antos llama lu,ricacin acti*a SActive )*rication. La

    lu,ricacin acti*a produce cam,ios en la distri,ucin de la presin 6idrodin&mi%caJ ue trae como resultado una *ariacin de los coe5icientes de riide8 " amorti%

    uamiento de la pel!cula de aceite. 'antos " otros cola,oradores de el 6an estado

    tra,a

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    cia de mantenimiento pre*enti*o innecesario " me

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    2 MA"#O TE$"I#O

    nes trmicas ine*ita,les " tolerar cualuier desalineamiento o de5leCin de la 5le%

    c6a. Las c6umaceras pueden clasi5icarse de acuerdo con los mecanismos de 5lui%

    do ue esta,lece la capacidad de la pel!cula

    "#umaceras $idrostticas%Llamadas tam,in c6umaceras eCtremadamente

    presuri8adasJ loran soporte para la cara por medio del suministro de

    5luido desde una 5uente eCterna de alta presin " no reuieren mo*imiento

    relati*o entre las super5icies del mun " de la c6umacera.

    "#umaceras $idrodinmicas%Llamadas tam,in c6umaceras autoacciona%

    dasJ dependen por completo del mo*imiento relati*o del mun " la c6u%

    macera para esta,lecer presin en la pel!cula para soportar la cara.

    "#umaceras $bridas%Estas se disean para usarse tanto con el principio

    6idrodin&mico como con el principio est&tico " con el 5in de conseuir so%

    porte para la cara entre las super5icies en mo*imiento.

    Par"etros de #$u"acera

    Los par&metros caracter!sticos de una c6umacera se muestran en la 5iura " se

    descri,en en la ta,la

    19

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    2 MA"#O TE$"I#O

    Ilustracin 2.1: Par$%etros caracter0sticos de un Siste%a #otor u%acera

    ,a"la 2.1: Par$%etros caracter0sticos siste%a #otor u%acera

    Parmetro Nombre

    e ECcentricidad

    Cr #laro adial

    D 0i&metro de la #6umacera

    R adio de la #6umacera

    ) Lonitud de la #6umacera

    nulo de euili,rio (attitud)

    #oordenada anular

    h Espesor adimensional de la pel!cula

    Para el estudio de los modelos matem&ticos de las c6umaceras se utili8an n4me%

    ros adimensionalesJ estos numero permiten eCpresar una manitud o *aria,le 5!%

    sica de una manera m&s eCacta.

    La eCcentricidad adimensional se de5ine con la ecuacin

    20

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    2 MA"#O TE$"I#O

    =e

    Cr

    La *aria,le ue nos relaciona el 6uelo eCistente entre el mun " la c6umacerase de5ine a partir de la eCcentricidad adimensional " est& dada por la ecuacin

    h=Cr1cos

    2.2.2 C+umaceras i(ro(inmicas

    En las c6umaceras 6idrodin&micasJ la presin de soporte del 5luido es enerado

    por el mo*imiento del mun " depende de la *iscosidad del 5luido lu,ricante.

    La presin suministrada por el 5luido necesita ser altamente su5iciente para man%

    tener un suministro a,undante de lu,ricante en el claro de soporte%cara alrede%

    dor del mun. Esto es lle*ado a ca,o normalmente al introducir el 5luido a tra%

    *s de uno o m&s de los ori5icios de suministracin o ranuras locali8adas en &re%

    as donde la presin 6idrodin&mica es ,a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    2.2.3 C+umaceras i(rostticas

    Bna c6umacera 6idrost&ticaJ como se muestra en la 5iura 2.3J es auella en la

    cual las super5icies del mun " la c6umacera est&n separadas por una capa de

    5luidoJ 5or8ada entre ellos por una presin eCternamente enerada. La 5ormacin

    de la capa " por lo tanto el Cito del soporte reuiere de una operacin continua

    de la ,om,a de suministro. En contraparte el 5uncionamiento de este tipo de c6u%

    macera no depende del mo*imiento relati*o entre super5icies " de a6! su termino

    S6idrost&tica. Bna *enta

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    2 MA"#O TE$"I#O

    cin en la *elocidad cero del rotor es la menor posi,le " de a6 su uso en sistemas

    de control de posicin mu" precisos para dispositi*os con caras pesadas.

    En teor!a las super5icies del sistema nunca tienen contacto " por lo tanto el

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    2 MA"#O TE$"I#O

    2.2.4 C+umaceras Hbridas

    'e entiende por c6umacera 6!,ridaJ una c6umacera de eometr!a cil!ndrica para

    es5uer8os radiales con recesosJ ue puede tra,a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    2.2. )istema "otor-C+umacera

    El moti*o de la Instrumentacin del 'istemaJ en el La,oratorio de -i,raciones "

    otodin&mica E'IME del IPN J consiste de un rotor Hit (euipo de rotor) de entl"

    Ne*adaF modelo : J se muestra en la 5iura 2.:

    #o"ponentes principales

    Bancada y soportes ajustables

    La ,ancada consiste de una estructura en 5orma de - ue sir*e de soporte " por

    tanto se montan so,re ella los elementos principales del sistema (motorJ cople 5le%

    Ci,leJ c6umaceras con sus soportesJ e

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    2 MA"#O TE$"I#O

    pales de la ,ancada " sus soportes a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    Mesa Rectificadora de Granito

    'e utili8 una mesa recti5icada de ranito con el 5in de ser*ir de soporte a la

    ,ancadaJ cada uno de los elementos montados en dic6a ,ancada. est& mesa recti%

    5icada de ranito era soportada a su *e8 por un ,astidor (pedestal) de aceroJ el

    cual posee cuatro tornillos en la parte in5erior (uno en cada columna) para modi%

    5icar su propia inclinacin " cuatro tornillos en la parte superior para modi5icar

    la inclinacin de la mesa de ranito ue sostiene 5inalmente el ,astidor era so%

    portado directamente por el piso del la,oratorio. Por otro ladoJ es importante co%

    mentarJ ue los tornillos del ,astidor se colocaron de tal manera ue el plano su%

    perior de la mesa de ranito ued per5ectamente 6ori8ontal .

    La mesa recti5icada de ranito posee las siuientes caracter!sticas

    Altura C Lonitud C Pro5undidad V 11; C @1+ C /1; mm.

    Peso V 191.:: H5.

    #alidad V Grado AA (la,oratorio).

    Mientras ue las caracter!sticas del ,astidor de acero son

    Altura C Lonitud C Pro5undidad V ;+ C 9/+ C +/; mm.

    Peso V 33.11 H5.

    27

    Ilustracin 2.(: Mesa rectificadora de granito & "astidor de acero Mituto&o9;

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    2 MA"#O TE$"I#O

    Motor Elctrico

    El motor elctrico de corriente directa empleadoJ es una m&uina prima ue tiene

    como 5uncin trans5ormar la ener!a elctrica en ener!a mec&nica (tra,a

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    Acoplamiento

    Btili8a un acoplamiento 6elicoidal del tipo 5leCi,le como elemento de unin entre

    el motor " el e

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    2 MA"#O TE$"I#O

    Chumacera

    La siuiente 5iura (5iura 2.@) muestra como la capa de presin 6idrodin&mica es

    enerada en una c6umacera. El 5luido lu,ricante es

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    2 MA"#O TE$"I#O

    arrenos para colocar transductores de proCimidad V : ,arrenos a @;W de

    separacin.

    Discos Inerciales

    El disco inercial (5iura 2.1;) se usa para ,alancear el rotor. En l se arean lasmasas de ,alanceo (tornillos prisioneros de di5erentes pesos) ue eliminar&n o se

    opondr&n a la 5uer8a centr!5ua ue es causada por la masa de des,alance. Para

    5ines de an&lisis de inesta,ilidad en el sistemaJ tam,in se utili8aron estos discos

    para arear masas de des,alance a di5erentes orientaciones " o,ser*ar as! la

    in5luencia del &nulo eCistente entre el des,alance " la 5isura. Las principales ca%

    racter!sticas tcnicas de estos discos empleados son

    0i&metro C Espesor V + C 2+ mm.

    Masa V 9;; r.

    0i&metro del ,arreno central V 1; mm.

    N4mero de po8os V 1/.

    31

    Ilustracin 2.=: u%acera idrodin$%ica e%5leada en la e

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    2 MA"#O TE$"I#O

    #olocacin de los po8os V cada 22.+W.

    0i&metro de los po8os V + mm.

    0istancia del centro del disco al centro de los po8os V 3; mm.

    Material V Acero 'AE :1:;.

    2.3 Instrumentacin

    Los procesos industriales pueden ser de distinta naturale8aJ pero en eneral tie%

    nen como un aspecto en com4n ue se reuiere del control de manitudes 5!sicasJestos sistemas pueden ser en la8o a,ierto o cerrado.

    Bn sistema de control elemental inclu"e la llamada unidad de medidaJ un indica%

    dorJ el reistradorJ un elemento 5inal de control " el propio proceso a controlarJ

    estos elementos 5orman de manera conceptual el la8o de control ue puede ser

    a,ierto o cerradoJ entre los elementos principales de estos sistemas industriales

    se encuentran los sensores " los actuadores. Los sensores se usan tanto en los

    sistemas de control de procesos como en los sistemas de monitoreoJ estos se pue%

    den encontrar *irtualmente en cada sistemaJ de,ido a ue proporcionan retroali%

    mentacin acerca de lo ue el sistema est& 6aciendo.

    32

    Ilustracin 2.1>: Masas de Inercia

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    Bn transductor se de5ine como un dispositi*o ue puede con*ertir un tipo de

    ener!a a otroJ es importante estar capacitado para identi5icar todos los tipos de

    ener!a " es importante tam,in comprender ue la 5orma 5inal de ener!a esalo compati,le con los circuitos electrnicosJ es decirJ a la salida se de,e tener

    com4nmente *aria,les como *olta

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    2 MA"#O TE$"I#O

    'e mide aluna clase de mo*imiento mec&nico enerado por 5uer8as de presinJ

    este se con*ierte en una seal elctrica o electrnica para ser utili8ada en la me%

    dicin o el control se4n sea el caso. Este tipo de sensores operan con ,ase en losprincipios del eCtensimetro o de los sensores tipo inducti*oJ pie8oelctricoJ capa%

    citi*oJ etc.

    El principio de 5uncionamiento del los sensores de presin se muestra en la 5iu%

    ra 2.11.

    #uando se aplica una presin a los cristales de ciertos materialesJ aparece una

    di5erencia de potencial entre puntos particulares " su estructura. Los transducto%

    res de presin suelen estar ,asados en la de5ormacin de un elemento el&stico

    (mem,ranaJ tu,o de ,ourdonJ etc.)J cu"o mo*imiento ,a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    nal a la presin.

    Los transductores m&s 5recuentes son los de dia5rama o mem,rana. El dia5ra%

    ma es una pared delada ue se de5orma ,a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    Los sensores de proCimidad son sensores de medicin a distancia " sin contacto

    por lo ue son ampliamente utili8ados en rotomauinaria. 'on t!picamente usados

    para medir la *i,racin relati*a de un rotor con respecto de una re5erencia "a

    ue no se pueden montar acelermetros (sensores de contacto) en el rotor de,ido

    al mo*imiento de rotacin ue pro*ocar a ue los ca,les del acelerometro se en%

    redaran. Tam,in se usan para medir *elocidad de rotacin de ruedas dentadas "

    para medir muescas ue sir*en como re5erencia para calcular el &nulo de 5ase.

    2.3.2 ctua(ores

    Los actuadores dentro del 'istema%otor c6umacera ue se pretenden implemen%

    tar permiten la disminucin de las *i,raciones en las c6umacerasJ estos son ,om%

    ,as de presin ue se acti*an por medio de las le"es de control ue se implemen%

    tan en el sistema mecatrnico de la c6umaceraJ a continuacin se descri,e la ue

    se pretende implementar en el sistema.

    36

    Ilustracin 2.12: ?iagra%a general de un sensor de 5ro

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    2 MA"#O TE$"I#O

    Servovlvula de Presin

    La ser*o*&l*ula utili8ada para *ariar la presin del lu,ricante es de tipo solenoi%

    de. La *&l*ula Aal,or tiene la caracter!stica ue 6ace *ariar la presin di5eren%cial por medio de despla8ar un *&stao met&lico ue se encuentra en el interior

    de una ,o,ina. Alunas de sus caracter!sticas mas importantes se enuncian a

    continuacin.

    Tipo 'olenoide.

    0ri*er de 'er*o*&l*ula con entrada de re5erencia de ; a + -0#

    -olta

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    2 MA"#O TE$"I#O

    ue tam,in in*olucra la inter5a8 6om,re%mauinaJ las 5unciones de an&lisis "

    post%procesamiento de sealesJ las rutinas de almacenamiento de datos " la co%

    municacin con otros euipos.

    Lo primero ue se tiene ue 6acer es caracteri8ar el procesoJ sa,er ue *aria,les

    5!sicas se *an a medir " el rano en las unidades de las *aria,les 5!sicas. Poste%

    riormenteJ se seleccionan los sensores adecuadosJ para cada *aria,le 5!sica pue%

    den eCistir un sin numero de sensoresJ pero solo alunos se adaptan al espacio

    de tra,a

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    2 MA"#O TE$"I#O

    la encarada de desplear la in5ormacin de manera ue el ser 6umano pueda

    eCtraer in5ormacin importante del proceso de medicin.

    Por ultimo se pueden almacenar los *alores de medicin en una memoria de la

    P# ue es considera,lemente m&s rande ue la de cualuier otro dispositi*o

    prorama,le para su posterior an&lisis. La operacin in*ersa tam,in es posi,le

    en un sistema de instrumentacin *irtualJ el operador por medio de una inter5a8

    con la P# selecciona *alores de seales de control en unidades de la *aria,le de

    controlJ est& in5ormacin pasa a la inter5a8 entre la P# " un circuito de potencia.

    La inter5a8 por medio de un con*ertidor diital analico 0A# con*ierte la seal

    de control diital en analica. $inalmente la seal analica entra al circuito de

    potencia para despus manipular un actuador.

    El tra,a

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    de la compra de la tar

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    2 MA"#O TE$"I#O

    Sa&idas Ana&!gicas('on 9 en total ue cuentan en el interior con 0A#Zs del canal 1

    al 9 de 1/ ,its de resolucin. 'e muestra a continuacin las caracter!sticas tcni%

    cas de las salidas " un diarama simpli5icado como se muestra en la ilustracin2.1:.

    ,a"la 2.3: aracter0sticas de salida analgica de la tareta dSP@E

    Parmetros 'a&or

    -olta

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    2 MA"#O TE$"I#O

    0ota: s im/ortante tener en centa 'e na se2a! de entrada de 134 en n

    ADC se !ee como 1 /or medio de! softare ( na se2a! de -134 como -1. de iga!

    manera /ara !as sa!idas5 si se esta*!ece na sa!ida /or softare iga! a 15 /or

    !a sa!ida DAC se o*tiene n vo!ta6e iga! a 1345 ( de misma forma /ara -1 se

    o*tiene -1345 esto ser o*servado ms ade!ante con !a e7/erimentacin.

    Procesador ) memoria(La tar

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    La serie de transductores 33;; mane

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    2 MA"#O TE$"I#O

    "aractersticas &,ctricas(

    esistencia de salida +;

    ano Lineal 1.+ mm (/; mils). El rano lineal comien8a aproCimadamente en

    ;.2+ mm (1; mils) 6asta 1.+ mm (;mils)

    "aractersticas de &a Medida de& Ob*eto -Rotor.(

    Minimas 9.@ mm (;.3+ in) de di&metroJ el tamao recomendado es de 13 mm (;.+

    in).

    "aractersticas Mecnicas de& Rotor(

    Material Aluminio A39;

    mites Ambienta&es

    Temperatura de operacin %3:\# a ] 1\# (%3;\$ a ] 3+1\$).

    Temperatura de almacenamiento (reposo) %+1\# a ]1\# (%/;\$ a ]3+1\$)

    44

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    3 APLI(A(I*N )E+LTAO+

    3.1 +olucin del ProlemaLa instrumentacin del 'istema otor%#6umacera para la aduisicin de datos

    ue permite caracteri8ar el comportamiento del sistemaJ anali8ando " poder as!

    aplicar en ,ase a los resultadosJ una le" de control ue permita correir los pro%

    ,lemas de *i,raciones " des,alanceJ por medio de un control a ,ase de actuado%

    res. A sido uno de los principales pro"ectos desarrollados en el la,oratorio de -i%

    ,raciones " otodin&mica en la 'EPI%7acatenco de la E'IME.

    'in em,aro el pro"ecto 6a sido reiniciado en m&s de una ocasinJ cada *e8acercando a los resultados esperadosJ en este pro"ectoJ por limitaciones de tiem%

    po se 6a,r& de tra,a

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    1; a ; mils " de %1 a %13 -olts.

    Para cali,rar el sensor en el rano lineal se de,e u,icar el proC!metro a una dis%

    tancia de :; mils del rotor del sitema. 0e est& manera se pueden tener un rano

    para despla8amientos tanto positi*os como neati*os. El *olta

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    Vs=Rf Voff

    R2Ve

    R1

    Para el diseo del circuito de acondicionamientoJ se implementJR18 139 " 4of f8

    4J con lo ue para el rano de *olta

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    lenteR%ue lle*a al circuito a ; - para una entrada de %.2+ - .

    $inalmente se a

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    UbicacindeProxmetros

    0entro del sistema rotor%c6umacera se implementan un total de / sensores de

    proCimidad ue permiten anali8ar el comportamiento del rotor en 3 di5erentes

    puntos

    u

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    Los sensores permitir&n alimentar el sistema *irtual para poder caracteri8ar el

    comportamiento del sistema rotor%c6umacera.

    3.2.1 Experimentacin

    &ar'eta controladora dSP#E *S ,,-

    Los primeros eCperimentos reali8ados en el &rea de instrumentacinJ 5ueron rea%

    li8ados en la tar;" Contro!Des=;(so5tQare especiali8ado de la compa%

    !a d",AC;).

    #on el 5in de aprender el mane

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    do de la tar

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    En los par&metros de la simulacin ('imulation'imulation Parameters...) se dei!d para implementar el sistema ue construimos en "im!in=en

    el ?ardQareJ " enerar el arc6i*o .sd5.

    2da: ControlDesk

    Contro!Des= permite controlar en tiempo real el modelo diseado en "im-

    !in=J " por lo tanto es la inter5a8 ue permitir& pilotear el eCperimento.

    0espus de a,rir Contro!Des=J creamos un nue*o eCperimento seleccionando

    como carpeta de tra,a

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    0ando un clic en $ileOpen -aria,le $ileJ " seleccionando el arc6i*o .sd5 creado

    por "im!in=J *inculamos el modelo diseado en "im!in=. En la *entana de

    a,a

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    Para la amplitudJ o,ser*amos ue la amplitud de la sinusoide es 1; *eces ma"or a

    la pedida. Esto es normalJ la d",ACsolo acepta *alores entre %1 " 1J " saca *a%

    lores entre %1; " 1;.

    Para la 5recuenciaJ la 5recuencia del no, es en rad?sec. 'i *eri5icamos di*idien%do entre 2 J los *alores corresponden.

    Reenvo de Seales. (Output & Input)

    Tra,a

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    r&metros de la simulacin iual ue en el eCperimento unoJ " construimos el ar%

    c6i*o .sd5.

    2da: ControlDesk

    0e la misma maneraJ aadimos el arc6i*o de *aria,les " en un !a(otponemos

    controles para la amplitud " la 5recuencia dos s!iderspor e

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    3ra: Experimento

    'e o,ser*a en elAnimation Modeue las seales en las dos r&5icas son iualesJ

    lo ue demuestra ue la recepcin de la seal es la misma ue la ue es en*iada

    por otro el canal de salida.

    56

    Ilustracin 3.=: ontroles & raficadores Plotters; de SeDal ontrol?es6

    Ilustracin 3.1>: Monitoreo de #ece5cinFEn80o de seDal 5or %edio de ontrol?es6

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    3.2.2 "esulta(os

    Los tra,a

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    o por medio de un post%procesamiento.

    El diseo de la inter5a8 r&5ica permite una me

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    3 APLI#A#I$N % "E&'LTA(O&

    real para compro,ar su respuesta correcta en actuadores " e*itar pro,lemas

    dentro de la aplicacin del sistema de control en el sistema.

    59

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    "e)erenci*+

    )e#erencias

    '6inle"J . E.J Misc6HeJ #. .J S$undamentos de 0iseo Mec&nico #o

  • 5/22/2018 Proyecto Residencias Final

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    "e)erenci*+

    Mauinaria en Operacin. 0irector de Tesis 0r. ulio #. Gme8 MancillaJ 2;;+

    $lores 'osaJ .J STra,a

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    Ap4ndice 1

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    Ap4ndice 2