UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PROGRAMA ANALÍTICO FIME

Nombre de la unidad de aprendizaje: Laboratorio de Vibraciones Mecánicas Frecuencia semanal: 1hrs/semana Horas presenciales: 13hrs. Horas de trabajo extra-aula: 5hrs. Modalidad: Presencial Período académico: Semestral Unidad de aprendizaje: (X) obligatoria ( ) optativa Área curricular, según el nivel educativo: Licenciatura (X) Formación básica profesional ( ) Formación profesional ( ) Formación general Universitaria ( ) Libre elección Créditos UANL: 1 crédito Fecha de elaboración: 13 de Marzo del 2013. Fecha de la última actualización: 09 de Julio del 2015. Responsables del diseño: M.C. Adrián García Mederez Dr. Diego Francisco Ledezma Ramírez M.C. Fernando Javier Elizondo Garza M.C. José de Jesús Villalobos Luna M.I. Carlos Armando Lara Ochoa

Dr. César Guerra Torres

Presentación:

La unidad de aprendizaje del laboratorio de vibraciones mecánicas está diseñada para proporcionar al estudiante las herramientas que le lleven a conocer y comprender la temática relativa a los sistemas vibratorios. Esta unidad de aprendizaje está dividida en 4 etapas, en la primera etapa el estudiante conocerá el concepto de sistema vibratorio, conocerá y comprenderá en forma práctica los problemas y fenómenos vibratorios más comunes. Utilizará el sistema internacional de unidades, realizando menciones de los parámetros básicos utilizados en el área de vibraciones mecánicas, además, calculará momentos de inercia de área y masa utilizando figuras geométrica. Adquirirá habilidad para calcular la frecuencia natural de diferentes sistemas a partir de sus modelos, además determinará la velocidad crítica o de resonancia de un sistema formado por una flecha y masas giratorias concéntricas balanceadas estáticamente. En la segunda etapa observará los modos de vibración (resonancia) de una viga con masa uniformemente distribuida y simplemente apoyada y para una placa delgada en voladizo. en la tercera etapa distinguirá los diferentes equipos de análisis para emplearlos en la actividad práctica, también determinará los componentes armónicas de una onda compleja periódica mediante métodos teóricos y prácticos. Se familiarizará con el manejo de un analizador de vibraciones y el reporte de vibraciones, asimismo efectuará el análisis de vibración un sistema electromecánico con falla eléctrica típica. En la cuarta y última etapa, aprenderá la técnica para balancear dinámicamente una polea y un rotor por el método de los tres vectores, se determinará también el tipo de amortiguamiento que posee un sistema mecánico, así como, el amortiguamiento viscoso equivalente del sistema, utilizando método de decremento logarítmico. Evaluará la variación del ángulo de fase de una vibración forzada y se observará n las magnitudes de dicho ángulo en diferentes condiciones de funcionamiento de un sistema mecánico. Propósito:

Esta unidad de aprendizaje tiene como finalidad que el estudiante adquiera los conocimientos y habilidades básicas que le permitan

desarrollar las competencias para analizar y diseñar sistemas vibratorios y así resolver problemas de vibraciones que se presentan en la industria.

Competencias del perfil de egreso:

Competencias de la Formación General Universitaria a las que contribuye esta unidad de aprendizaje: Esta unidad de aprendizaje contribuye al desarrollo de las siguientes competencias generales:

Competencias instrumentales:

Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas, sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico.

Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el acceso a la información y su transformación en

conocimiento, así como para el aprendizaje y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación constructiva en la sociedad.

Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su

profesión y la generación de conocimientos.

Competencias personales y de interacción social:

Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano, académico y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el desarrollo sustentable.

Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad, solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a

la naturaleza, integridad, ética profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a construir una sociedad sostenible.

Competencias integradoras:

Resuelve conflictos personales y sociales conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para la adecuada toma de decisiones.

Competencias específicas del perfil de egreso a las que contribuye esta unidad de aprendizaje:

Identificar los elementos de un sistema vibratorio a través de modelos físicos para validar el comportamiento de los posibles fenómenos vibratorios de aplicación práctica

Analizar sistemas vibratorios utilizando métodos analíticos con el objetivo de resolver problemas de vibraciones que se presentan en la industria.

Representación gráfica

Competencias de la Unidad de Aprendizaje

Instrumentales

Utiliza los lenguajes lógico, formal, matemático, icónico, verbal y no verbal de

acuerdo a su etapa de vida, para comprender, interpretar y expresar ideas,

sentimientos, teorías y corrientes de pensamiento con un enfoque ecuménico.

Maneja las tecnologías de la información y la comunicación como herramienta para el

acceso a la información y su transformación en conocimiento, así como para el aprendizaje

y trabajo colaborativo con técnicas de vanguardia que le permitan su participación

constructiva en la sociedad.

Utiliza los métodos y técnicas de investigación tradicionales y de vanguardia para el desarrollo de su trabajo académico, el ejercicio de su profesión y la generación

de conocimientos.

Interacción

Social

Interviene frente a los retos de la sociedad contemporánea en lo local y global con actitud crítica y compromiso humano,

académico y profesional para contribuir a consolidar el bienestar general y el

desarrollo sustentable.

Practica los valores promovidos por la UANL: verdad, equidad, honestidad, libertad,

solidaridad, respeto a la vida y a los demás, respeto a la naturaleza, integridad, ética

profesional, justicia y responsabilidad, en su ámbito personal y profesional para contribuir a

construir una sociedad sostenible.

Integradoras Resuelve conflictos personales y

sociales conforme a técnicas específicas en el ámbito académico y de su profesión para la adecuada

toma de decisiones.

Unidad Temática 1.- Conceptos básicos de sistemas vibratorios (Determinación de parámetros básicos de sistemas vibratorios, centroides, momentos de inercia de área y masa, así como frecuencias naturales). Competencias particulares:

- Identificar las unidades físicas fundamentales y derivadas del sistema internacional de unidades (S.I.) y realizar mediciones físicas y manejar tablas y fórmulas para la determinación de los parámetros que rigen el comportamiento de los sistemas vibratorios.

-

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Identificar las unidades físicas fundamentales y derivadas del S.I. con la finalidad de utilizarlas en los diferentes cálculos de masas, pesos, constantes de rigidez, constante de rigidez torsional, centroides, momentos de inercia de área y masas y frecuencias naturales.

Reporte de Práctica de los Parámetros básicos de sistemas vibratorios Reporte de Práctica de Centroides y Momentos de Inercia Reporte de Práctica de Frecuencias Naturales

Marco teórico

Cálculos

Conversiones

Investigación del S.I

Conclusiones

Marco teórico

Cálculos y gráficas comparativas

Conclusiones

Marco teórico

Cálculos

Tabla comparativa

Conclusiones

Medir parámetros básicos de sistemas vibratorios, realizar conversión de unidades. Investigación del Sistema de Unidades. Dimensionar figuras geométricas y obtener su centro de gravedad en forma experimental, tablas y analíticamente así como los momentos de inercia en forma analítica. Calcular y determinar experimentalmente la frecuencia natural de modelos físicos vibratorios.

Conceptos: Sistema

Internacional de

Unidades (S.I.),

masa, peso,

constante de rigidez

(K) del resorte y

constante de rigidez

torsional (KT) de una

varilla.

Centroides,

momento de inercia

de área (I) y masa (J).

Frecuencia natural

(fn).

Computadora y pantalla Objetos metálicos y resortes. Báscula electrónica. Masas de diferentes medidas. Cronómetro. Reglas y transportadores Soportes

Unidad temática 2: Resonancia (Determinación de velocidades críticas, rastreo de resonancia en vigas, modos de vibración en placas). Competencias particulares:

- Identificar las características vibratorias generadas por la resonancia en diferentes tipos de sistemas mecánicos. - Comparar los valores experimentales y analíticos de la frecuencia de resonancia en diferentes modelos físicos vibratorios.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Identificar las diversas

manifestaciones del efecto

de resonancia en diferentes

tipos de sistemas para

poder visualizar las

consecuencias de ellas en el

diseño mecánico.

Reporte de Práctica de Velocidades Críticas. Reporte de Práctica de modos de vibración en Vigas y placas.

Marco teórico

Cálculos

Pruebas experimentales.

Tabla comparativa

Conclusiones

Marco teórico

Cálculos

Pruebas experimentales.

Tabla comparativa

Investigación de casos reales.

Conclusiones

Calcular y determinar experimentalmente la velocidad crítica de un sistema de flecha con dos discos.

Calcular y determinar experimentalmente los primeros cinco modos de vibración de una placa cuadrada.

Conceptos: Resonancia.

Velocidades críticas

en sistemas rotativos.

Rastreo de

resonancia en vigas.

Modos de vibración

en placas.

Computadora y pantalla

Placa delgada

cuadrada empotrada

en voladizo.

Viga simplemente

apoyada.

Excitadores.

Variador de frecuencia

con amplificador.

Computadora.

Videos.

Unidad Temática 3.- Usos de instrumentos y equipo de vibración. (Instrumentación de vibraciones, Teorema de Fourier, el analizador de vibraciones y el reporte de vibraciones y Análisis de Vibración). Competencias particulares:

- Identificar los equipos de medición y análisis de vibraciones, así como los equipos para generación de vibración - Reconocer el análisis de Fourier como una herramienta fundamental para el análisis e interpretación de las causas de vibración en

maquinaria. - Analizar el reporte de vibración mediante nomograma de severidad de vibración y tablas de identificación de fallas, para determinar el

origen de la vibración de un modelo físico mecánico.

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje Contenidos Recursos

Identificar los equipos y/o instrumentos, así como las herramientas matemáticas y conceptuales necesarias para el análisis experimental de sistemas vibratorios.

Reporte de Instrumentación de Vibraciones. Reporte de Teorema de Fourier. Reporte sobre El analizador de vibraciones y el reporte técnico de vibraciones. Reporte de El análisis de vibraciones

Marco teórico

Investigación de equipo de medición, generación de vibración.

Conclusiones

Marco teórico

Gráficas de la serie de Fourier de una función dada.

Investigación. Conclusiones

Marco teórico

Tabla de mediciones.

Conclusiones

Marco teórico

Tabla de mediciones.

Interpretación de datos.

Tablas de severidad.

Conclusiones.

Identificar las partes de los equipos de medición y su manejo.

Identificar los componentes de Fourier

de una señal cuadrada

Realizar la medición de vibración de

un modelo físico y elaborar el reporte

de vibración correspondiente.

Interpretar el reporte de vibración de

una máquina con falla.

Conceptos: Instrumentación de

vibraciones.

Teorema de Fourier.

Analizador de

vibraciones.

Reporte de vibraciones.

Análisis de vibración.

.

Computadora y pantalla

Excitadores de varios

tipos.

Generador de señales.

Osciloscopio.

Analizador de

vibraciones.

Formato del reporte de

vibraciones.

Máquina con falla.

Tablas de severidad e

identificación de fallas

Unidad Temática 4.- Balanceo (Balanceo dinámico, amortiguamiento y vibración forzada). Competencias particulares:

- Aplicar los conceptos de la vibración forzada mediante el uso de instrumental para el balanceo de equipos rotativos. - Analizar la gráfica de un sistema libre amortiguado obtenida de un modelo mecánico vibratorio, para determinar los parámetros de

amortiguamiento. - Analizar el comportamiento de la amplitud y fase de la vibración en un modelo mecánico de vibración forzada al cambiar la frecuencia de

la fuerza aplicada. -

Elementos de Competencia

Evidencias de aprendizaje

Criterios de desempeño

Actividades de aprendizaje

Contenidos Recursos

Aplicar los conceptos de la vibración forzada mediante el uso de instrumental para balancear equipos rotativos. Analizar la gráfica de un sistema libre amortiguado obtenida de un modelo mecánico vibratorio, para determinar los parámetros de amortiguamiento Analizar el comportamiento de la amplitud y fase de la vibración en un modelo mecánico de vibración forzada al cambiar la frecuencia de la fuerza aplicada.

Reporte de Práctica de Balanceo Dinámico. Reporte de Práctica de Amortiguamiento. Reporte de Práctica de Vibración Forzada.

Marco teórico

Mediciones

Gráfica de los tres vectores.

Cálculos.

Conclusiones.

Marco teórico

Gráfica de caída de vibración.

Cálculos.

Conclusiones.

Marco teórico

Mediciones de amplitud y fase

Conclusiones

Realizar la medición de un sistema rotativo desbalanceado y aplicar el método de los tres vectores para reducir la vibración Obtener la gráfica de la caída de vibración de un modelo vibratorio y determinar los parámetros de amortiguamiento del mismo. Sintonizar un sistema vibratorio en vibración forzada antes, en y después de resonancia y observa el comportamiento de la amplitud y fase de la vibración

Conceptos: Balanceo dinámico.

Amortiguamiento.

Vibración forzada.

Computadora y pantalla

Analizador de

vibraciones.

Motor desbalanceado.

Estructura metálica con

excitador de masa

desbalanceada contra

rotativa, montada sobre

resortes.

Tabla, marcadores y

regla.

Evaluación integral de procesos y productos (ponderación / evaluación sumativa) Evidencia Ponderación Reporte de – Parámetros básicos de sistemas vibratorios 7 %

Reporte de – Centroide y Momentos de Inercia. 7 %

Reporte de – Frecuencias Naturales. 7 %

Reporte de – Velocidades Críticas. 7 %

Reporte de – Rastreo de Resonancia en Vigas y placas. 7 %

Reporte de – Instrumentación de Vibraciones. 7 %

Reporte de – Teorema de Fourier. 7 %

Reporte de – El analizador y el reporte de vibraciones. 7 %

Reporte de – El análisis de vibraciones 7 %

Reporte de – Balanceo Dinámico. 7 %

Reporte de – Amortiguamiento. 7 %

Reporte de – Vibración Forzada. 7 %

Producto integrador de aprendizaje: 16 % Al finalizar la unidad de aprendizaje el estudiante deberá reconocer e interpretar las características de un fenómeno vibratorio Fuentes de apoyo y consulta: Libro: Instructivo de Prácticas de Laboratorio de Vibraciones Mecánicas. Autor: Academia de Análisis Mecánico. Editorial: F.I.M.E.-U.A.N.L. Libro: Concepto sobre Choque y Vibración en el Diseño de Ingeniería. Autor: Charles E. Crede Editorial: Herrero Hermanos. Libro: Introducción al Estudio de las Vibraciones Mecánicas. Autor: Robert F. Steidel Jr. Editorial: Editorial C.E.C.S.A. ISBN: 9682602440

Libro: Teoría de Vibraciones. Autor: William Thompson. Editorial: Editorial Pretice Hall. ISBN: 0139066519 Libro: Mechanical Vibrations Autor: Singiresu S. Rao Editorial: Editorial Prentice Hall. ISBN: 0130489875 Libro: Fundamentals of Mechanical Vibrations Autor: Graham Kelly Editorial: Editorial Mc. Graw Hill. ISBN: 0071163255 Libro: Vibraciones Mecánicas. Autor: R. Roca Vila y Juan León L. Editorial: Editorial Limusa. ISBN: 9681813073

Tema: Aisladores vibratorios

Liga: http://www.vibrationmounts.com Fecha última revisión: 16 de abril 2013 Tema: Análisis de señales de vibración

Liga: http://www.dataphysics.com/resources/library-data-physics-center/signalcalc.html Fecha última revisión: 16 de abril 2013 Revista: Journal of Applied Research and Technology

Año: 2010 # de revista: 8(2)

Mes: Agosto Nombre del artículo: Shock Performance of Different Semiactive Damping Strategies

Autor: Ledezma-Ramirez, D. F., Ferguson, N. and Brennan, M.

Revista: Journal of Applied Research and Technology

Año: 2010 # de revista: 8(2)

Mes: Agosto Nombre del artículo: Vibration Analysis Of a Self-Excited Elastic Beam

Autor: Barrón-Meza, M. A.

Perfil del docente: Licenciatura y/o Maestría afín en el área de Ingeniería Mecánica o que esté cursándola. Dominio de la unidad de aprendizaje y de las disciplinas afines para el desarrollo de dicha unidad de aprendizaje, con habilidades prácticas en el manejo de instrumentos para la medición de vibraciones mecánicas, equipo de cómputo y software, además de contar con experiencia en la dirección de proyectos de desarrollo, investigación y/o servicios técnicos.

Fichas bibliográfica del profesorado Dr. Diego Francisco Ledezma Ramírez. Ingeniero Mecánico Electricista. Doctorado en Vibraciones Mecánicas. Profesor de la materia de Vibraciones Mecánicas desde 2008 M.C. Fernando J. Elizondo Garza. Ingeniero Mecánico Electricista. Maestro en ciencias. Catedrático de la FIME por más de 40 años, Profesor Emérito de la UANL, Especialista en Acústica y Vibraciones Mecánicas.

Dr. César Guerra Torres. Maestro de la FIME con 15 años de impartir la materia de mecanismos y autor de libro afín al tema de diseño de mecanismos, perfil PROMEP. Maestría y Doctorado en Ingeniería Eléctrica especializándose en las áreas de investigación de control de sistemas dinámicos mecánicos y robóticos.

M.C. Adrián García Mederez. Maestro de FIME con 23 años de antigüedad como docente y 13 años de impartir el Laboratorio de Vibraciones Mecánicas, colaborador de edición del Instructivo del Laboratorio de Vibraciones, Formulario de Vibraciones y Problemario de Vibraciones. Perfil PROMEP, Maestría en Ingeniería Eléctrica con Especialidad en Electrónica, Investigador en el área de Acústica y Vibraciones, así como en el área de Control y Automatización. Jefe de Laboratorios del Depto. de Diseño de Sistemas Mecánicos hasta abril del 2014, actualmente Jefe de Depto. Académico de Diseño de Sistemas Mecánicos.

M. I. Carlos Armando Lara Ochoa. IME, Maestría en Ingeniería Mecánica con orientación en materiales. Fue miembro del grupo de Diseño Mecánico del CENEVAL. Fue miembro del cuerpo docente que trabajo en la generación de la carrera de Aeronáutica. Autor del instructivo del laboratorio de Dinámica para la FIME y para la editorial Mc Graw Hill. Fue Jefe de Academia de Análisis Mecánico y Jefe del Departamento de Diseño de Sistemas Mecánicos. Consultor en las áreas de Diseño Mecánico, Acústica y Vibraciones Mecánicas.