Universidad de Pinar del Río Facultad de Ciencias Técnicas Dpto. Mecánica Autor: Ing. Yovany Oropesa Márquez. Ing. Onel Nuñez Cruz Pinar del Río

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1 Universidad de Pinar del Río Facultad de Ciencias Técnicas Dpto. Mecánica Autor: Ing. Yovany Oropesa Márquez. Ing. Onel Nuñez Cruz Pinar del Río. 2019 Determinación de los modos principales de vibración del motor Hyundai Himsen 9H25/33

2 Introducción. En la actualidad el estudio y análisis de las vibraciones tiene vital importancia en la inmensa mayoría de las industrias cubana, aunque prevalece la práctica de emplear esta técnica, sólo cuando sensorialmente se recibe algún indicio de que la máquina está vibrando demasiado.

3 Introducción. GE Los Grupos Electrógenos (GE) constituyen la base fundamental de la generación distribuida, sin embargo, su eficacia puede verse comprometida si no se aplican las tecnologías apropiadas para el mantenimiento de este tipo de máquinas

4 Análisis del motor como sistema vibratorio con 3 grados de libertad. Determinar la característica del equipo como sistema vibratorio, Calculando las frecuencias naturales principales y los modos normales de vibración El resultado debe compararse con la intensidad y frecuencia de las fuerzas y momentos excitadores para evaluar el riesgo de resonancia. También sirve como elemento de diagnóstico respecto al estado de funcionamiento al compararlo con las mediciones hechas en los puntos del sistema seleccionado.

5 Para realizar este análisis se precisa en la etapa inicial de la modelación físico-matemática del sistema vibratorio, para lo cual se requiere de información sobre el sistema real.

6 Capitulo II. Materiales y Métodos Datos generales del HYUNDAI HIMSEN 9H25/33. Dimensiones (m) rpm Número de cilindros ABCH Masa del motor sin el generador (Kg) Masa del motor con el generador (Kg) 900/100095,6912,4908,1813,3712620045000 Tabla 2.1: Datos generales del motor HYNDAI HIMSEN 9H25/33 Figura 2.1 : Dimensiones del motor (5).

7 Datos de los calzos antivibratorios.

8 Representación del sistema de 3 grados de libertad. Las coordenadas generalizadas del sistema vibraciones son los parámetros que me pueden definir la posición del motor, estas pueden ser de traslación o rotación o simultáneas.

9 Se considera la forma geométrica del motor; por las dimensiones largo, ancho y profundidad, de forma axonometría, según el modelo de caja de cristal, además de las vistas laterales para cada plano. En este estudio no se tiene en cuenta el generador Representación esquemática del motor HYNDAI HIMSEN 9H25/33

10 MODELO CAJA DE CRISTAL. Representación de los grados de libertad plano “yz” Representación de los grados de libertad plano “yx”

11 Determinación de los momentos de inercia. Momento de inercia.

12 Determinación de la matriz de inercia. La matriz de inercia del motor se forma con la masa del motor y los momentos de inercia en cada uno de los planos como se muestra en siguiente ecuación Matriz de inercia.

13 Determinación de la matriz de inercia. Empleado MATLAB se pueden determinar los momentos de inercia y la matriz masa. Código empleado.

14 RESULTADOS Momentos de inercia. Matriz de inercia.

15 Aplicación de la segunda Ley de Newton para determinar la matriz de frecuencia. TRASLACIÓN OSCILACIÓN

16 Segunda ley de Newton Pano “yz”.

17 Segunda ley de Newton Pano “yx”.

18 Determinante de frecuencia.

19 Determinación de la matriz rigidez [K].

20 Determinación de la ecuación del movimiento escrita en forma matricial.

21 Definiendo: Se obtiene : Siendo la matriz identidad La matriz dinámica

22 Código empleado.

23 RESULTADOS Matriz rigidez. Matriz Inversa de la rigidez.

24 RESULTADOS Matriz Identidad. Matriz Dinámica.

25 RESULTADOS Calculo de autovalores del sistema no amortiguado.

26 RESULTADOS Calculo de autovalores del sistema no amortiguado. Raíces de la ecuación cúbica

27 Modos de vibración

28 RESULTADOS Primer modo de vibración.

29 RESULTADOS Tercer modo de vibración.

30 RESULTADOS Segundo modo de vibración.

31 Análisis de los Resultados Análisis de los Resultados La Medición y análisis de Vibraciones tiene como ventaja respecto a otras técnicas que la evaluación que se hace de la máquina no requiere detener o desarmar la máquina por lo que no produce incidencias en la producción.

32 El objetivo del análisis de vibraciones es interpretar la información que contiene la señal de vibraciones correctamente: En primer lugar, para determinar si los niveles registrados son admisibles para el tipo de máquina estudiada según las normas vigentes. En segundo lugar, para asociar componentes de esa vibración a los posibles defectos presentes en la máquina en diferentes etapas de su desarrollo.

33 Evaluación técnica del resultado En los calzos antivibratorios la constante elástica K se determina por la Ley de Hook: La deformación X se mide deduciendo la longitud bajo carga de la longitud en vacío (unloaded):

34 Capitulo III. Análisis de los Resultados Evaluación técnica del resultado K = 1 168 281. 818 N/m

35 Evaluación técnica del resultado

36 Capitulo III. Análisis de los Resultados Al comparar las frecuencias naturales del sistema con el espectro de amplitudes (g) en el dominio de la frecuencia medidas en la base del motor durante el funcionamiento de mismo se observa que los picos de amplitud tienen lugar a frecuencias de 900,9 y 1 209 rpm, o sea bastante alejadas de las frecuencias naturales y por tanto de las zonas de resonancia. Esto es una señal de funcionamiento adecuado del motor, desde el punto de vista dinámico.

37 Por lo tanto los cálculos realizados sirven como elemento de diagnóstico al compararlos con los obtenidos de las mediciones en condiciones reales, y de esta forma prever las fallas que pueden estar teniendo lugar antes de que ocurra una rotura imprevista o evitar mantener en funcionamiento el equipo cuando este fuera de los paramentos adecuados. De esta forma pueden determinarse los desgastes en cojinetes y otros pares de fricción, así como desbalances en elementos rotatorios o reciprocantes.

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41 Evaluación del impacto económico La tendencia actual de investigadores y fabricantes es desarrollar herramientas e instrumentos que permitan detectar e identificar los defectos en etapas cada vez más incipientes de su desarrollo lo que representa para la industria, una disminución en los costos por reparaciones. La figura demuestra que el costo de reparación de una falla se incrementa conforme se detecta y corrige más tarde.

42 Evaluación del impacto económico Vale destacar que en general, los costos de Mantenimiento, representan entre un 15 y un 40 % de los costos totales de producción tanto en industrias manufactureras como de procesos, y que resulta posible obtener disminuciones de entre el 20 y el 50% de esos costos de mantenimiento aumentando la vida útil de las máquinas y disminuyendo el consumo de energía como resultado de la disminución de las vibraciones.

43 Conclusiones. 1.Se identificaron los procesos actuales para el cálculo de sistemas vibratorios de 3 grados de libertad 2.Se obtuvo un modelo del motor Hyundai Himsen 9H25/33 como un sistema vibratorio de 3 grados de libertad. 3.Se logró determinar las frecuencias naturales del motor Hyundai Himsen 9H25/33 y los modos principales de vibración principales.

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