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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+/.
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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
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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.
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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$"I#O
2 MA)(O TE*)I(O
2.1 Estado del ArteLos primeros tra,a
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do en cuenta la dependencia de los coe5icientes din&micos de la c6umacera en la
5recuencia de pertur,acin.
En 1@92J Artiles presento un tra,a
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,ilidadJ ue tiene ue *er con el desarrollo de 5uer8as internas llamadas S$uer8as
de Acoplamiento termino introducido por $a"olle " #6ilds en 1@@9.
Lund introdu
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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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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
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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
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=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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2.2.3 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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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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2.2.4 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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2.2. )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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pales de la ,ancada " sus soportes a
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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.
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Ilustracin 2.(: Mesa rectificadora de granito & "astidor de acero Mituto&o9;
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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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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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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/.
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Ilustracin 2.=: u%acera idrodin$%ica e%5leada en la e
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#olocacin de los po8os V cada 22.+W.
0i&metro de los po8os V + mm.
0istancia del centro del disco al centro de los po8os V 3; mm.
Material V Acero 'AE :1:;.
2.3 Instrumentacin
Los procesos industriales pueden ser de distinta naturale8aJ pero en eneral tie%
nen como un aspecto en com4n ue se reuiere del control de manitudes 5!sicasJestos sistemas pueden ser en la8o a,ierto o cerrado.
Bn sistema de control elemental inclu"e la llamada unidad de medidaJ un indica%
dorJ el reistradorJ un elemento 5inal de control " el propio proceso a controlarJ
estos elementos 5orman de manera conceptual el la8o de control ue puede ser
a,ierto o cerradoJ entre los elementos principales de estos sistemas industriales
se encuentran los sensores " los actuadores. Los sensores se usan tanto en los
sistemas de control de procesos como en los sistemas de monitoreoJ estos se pue%
den encontrar *irtualmente en cada sistemaJ de,ido a ue proporcionan retroali%
mentacin acerca de lo ue el sistema est& 6aciendo.
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Ilustracin 2.1>: Masas de Inercia
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Bn transductor se de5ine como un dispositi*o ue puede con*ertir un tipo de
ener!a a otroJ es importante estar capacitado para identi5icar todos los tipos de
ener!a " es importante tam,in comprender ue la 5orma 5inal de ener!a esalo compati,le con los circuitos electrnicosJ es decirJ a la salida se de,e tener
com4nmente *aria,les como *olta
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2 MA"#O TE$"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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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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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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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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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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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. $inalmente la seal analica entra al circuito de
potencia para despus manipular un actuador.
El tra,a
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de la compra de la tar
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Sa&idas Ana&!gicas('on 9 en total ue cuentan en el interior con 0A#Zs del canal 1
al 9 de 1/ ,its de resolucin. 'e muestra a continuacin las caracter!sticas tcni%
cas de las salidas " un diarama simpli5icado como se muestra en la ilustracin2.1:.
,a"la 2.3: aracter0sticas de salida analgica de la tareta dSP@E
Parmetros 'a&or
-olta
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0ota: s im/ortante tener en centa 'e na se2a! de entrada de 134 en n
ADC se !ee como 1 /or medio de! softare ( na se2a! de -134 como -1. de iga!
manera /ara !as sa!idas5 si se esta*!ece na sa!ida /or softare iga! a 15 /or
!a sa!ida DAC se o*tiene n vo!ta6e iga! a 1345 ( de misma forma /ara -1 se
o*tiene -1345 esto ser o*servado ms ade!ante con !a e7/erimentacin.
Procesador ) memoria(La tar
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La serie de transductores 33;; mane
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"aractersticas &,ctricas(
esistencia de salida +;
ano Lineal 1.+ mm (/; mils). El rano lineal comien8a aproCimadamente en
;.2+ mm (1; mils) 6asta 1.+ mm (;mils)
"aractersticas de &a Medida de& Ob*eto -Rotor.(
Minimas 9.@ mm (;.3+ in) de di&metroJ el tamao recomendado es de 13 mm (;.+
in).
"aractersticas Mecnicas de& Rotor(
Material Aluminio A39;
mites Ambienta&es
Temperatura de operacin %3:\# a ] 1\# (%3;\$ a ] 3+1\$).
Temperatura de almacenamiento (reposo) %+1\# a ]1\# (%/;\$ a ]3+1\$)
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3 APLI#A#I$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$N % "E&'LTA(O&
3.2.2 "esulta(os
Los tra,a
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o por medio de un post%procesamiento.
El diseo de la inter5a8 r&5ica permite una me
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3 APLI#A#I$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.
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"e)erenci*+
)e#erencias
'6inle"J . E.J Misc6HeJ #. .J S$undamentos de 0iseo Mec&nico #o
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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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