Caracterización de vibraciones torsionales en ejes de equipos dinámicos rotativos

Résumé

Resumen de la tesis: La necesidad creciente de mejorar la disponibilidad de la maquinaria en un escenario tecnológico apoyado en potentes sistemas de computación, sugiere explorar nuevas posibilidades diagnósticas. Con esta situación de partida, se consideró muy interesante emprender un estudio que aportara más información sobre las posibilidades que las vibraciones torsionales pueden ofrecer como complemento para un diagnóstico más completo sobre el estado funcional de una máquina. La tesis se ha desarrollado en ocho capítulos en los que de forma progresiva se van cubriendo diferentes etapas, desde la recopilación de información sobre la teoría matemática, técnicas e instrumentación de medida y métodos de procesamiento de la señal de las vibraciones torsionales, hasta la realización de un trabajo experimental sobre el efecto que distintos elementos de transmisión tienen en el desarrollo de las mismas, a través de diferentes técnicas de procesamiento de señal. En el primer capítulo se realiza una breve reseña histórica de lo que ha sido la evolución del estudio de las vibraciones, remarcando el momento en el que las vibraciones torsionales entran a formar parte del mismo. A continuación se pone de manifiesto la necesidad de introducir este importante parámetro en el análisis de determinado tipo de maquinaria en los que, ya sea por anomalías de funcionamiento o por circunstancias dinámicas intrínsecas al funcionamiento de las mismas, la vibración torsional hace su aparición. Se realiza una recopilación sobre el estado del arte, se marcan los objetivos en el desarrollo del trabajo y se expone la forma en que ha quedado estructurado el mismo. Posteriormente se ha considerado necesario realizar una compilación de la teoría matemática en torno a éste fenómeno, ya que, al igual que ocurre con el desarrollo de sus aplicaciones (como ya se ha comentado anteriormente), existe un gran desequilibrio en este punto entre el conocimiento y las aplicaciones de la vibración radial y torsional. Seguidamente, en la misma línea de fundamentos, se ha elaborado una síntesis sobre los distintos métodos de procesado de señales que se han utilizado: FFT, espectrograma de frecuencias, transformada Wavelet y autocorrelación de señales, siendo el uso de ésta última técnica algo novedoso en este campo y, por tanto, una de las contribuciones de esta tesis. En capítulos posteriores, una vez dejados claros los objetivos y las herramientas de las que se va a disponer, se ha efectuado una revisión de los métodos y técnicas disponibles en la actualidad para la medición de éste parámetro. Como resultado se ha llegado a otro de los desarrollos de esta tesis: se propone una nueva técnica de medida que, basada en la medida del intervalo temporal (TIMS), aprovecha las posibilidades que ofrecen los actuales sistemas de adquisión de señales. Está técnica, que hemos denominado DTIMS (Discrete Time Interval Measurement System), por su sencillez y facilidad de instalación y uso, puede ser una herramiento muy útil de ayuda para el diagnóstico de EDRs. A continuación se estudia, desde un punto de vista teórico, cuál es el comportamiento torsional de distintos elementos de máquinas. El desarrollo de modelos mecánicos y su resolución matemática proporcionará la respuesta del sistema ante determinados defectos, lo que constituye la referencia básica para la interpretación de los resultados experimentales. Se ha realizado un análisis teórico pormenorizado de los principales fenómenos que constituyen fuentes de oscilación torsional en engranajes, acoplamientos y cadenas. En una última fase se ha llevado a cabo un extenso trabajo experimental sobre distintos bancos de ensayo en los que se han realizado medidas en distintos elementos de transmisión (engranajes, cadenas y juntas Cardan), identificando el comportamiento torsional que introducen estos elementos entre los ejes de máquinas acopladas y analizando las ventajas e inconvenientes que las diferentes técnicas de procesamiento de señales, tradicionalmente empleadas con otro tipo de vibraciones, ofrecen para el diagnóstico en el caso de la vibración torsional.