Diseño de un banco de ensayos dinámico para evaluar las pérdidas de energía en accionamientos electromecánicos con fines académicos e investigativos en el laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Córdoba
El diseño del banco de ensayos dinámico para evaluar las pérdidas de energía en Accionamientos Electromecánicos tiene como característica principal integrar varios montajes haciendo uso de guías, haciendo práctico el montaje y desmontaje de equipos sin requerir herramientas especializadas. Los monta...
- Autores:
-
Olivera Nerio, Nicole
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad de Córdoba
- Repositorio:
- Repositorio Institucional Unicórdoba
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
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Accionamientos Electromecánicos
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Electromechanical Drives
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El diseño del banco de ensayos dinámico para evaluar las pérdidas de energía en Accionamientos Electromecánicos tiene como característica principal integrar varios montajes haciendo uso de guías, haciendo práctico el montaje y desmontaje de equipos sin requerir herramientas especializadas. Los montajes constan de la combinación de los equipos (motor-caja de engranajes generador, motor-generador, motor-transmisión por correa generador, motor-transmisión por cadena-generador). Por otro lado, en este documento se realiza la validación del diseño en un análisis estático mediante herramientas computacionales, obteniendo resultados como las tensiones de Von Mises, deformaciones unitarias, desplazamientos y factor de seguridad, tanto del banco como de las guías. Una vez terminada la fase de prediseño, diseño, construcción, y montaje el banco estará ubicado en el taller de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Córdoba y podrá ser operado por estudiantes del Programa, en este documento se realiza el diseño estructural preliminar del mencionado, posteriormente un estudiante de la Maestría en Ingeniería Mecánica realizará la validación del diseño, construcción, montaje y puesta en marcha. |
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Adissi, Marcéu O., Abel C. Lima Filho, Ruan D. Gomes, Diógenes M. G. B. Silva, and Francisco A. Belo. 2017. “Implementation and Deployment of an Intelligent Industrial Wireless System for Induction Motor Monitoring.” Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control 139(12):124502. doi: 10.1115/1.4037167. Andrade, D.Y. 2019. Diseño y análisis estructural preliminar de un banco de pruebas para cohetería experimental. Universidad Pontificia Bolivariana Escuela De Ingenierías. Waide, Paul, and Conrad U. Brunner. 2011. “Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems.” Cedex, France: Int. Energy Agency 132. doi: 10.1787/5kgg52gb9gjd-en. Hasanuzzaman, M., N. A. Rahim, R. Saidur, and S. N. Kazi. 2011. “Energy Savings and Emissions Reductions for Rewinding and Replacement of Industrial Motor.” Energy 36(1):233–40. doi: 10.1016/j.energy.2010.10.046. Holmquist, John R., James A. Rooks, and Michael E. Richter. 2004. “Practical Approach for Determining Motor Efficiency in the Field Using Calculated and Measured Values.” IEEE Transactions on Industry Applications 40(1):242–48. doi: 10.1109/TIA.2003.821654. Gómez, Julio R., Enrique C. Quispe, Marcos A. De Armas, and Percy R. Viego. 2008. “Estimation of Induction Motor Efficiency In-Situ under Unbalanced Voltages Using Genetic Algorithms.” Proceedings of the 2008 International Conference on Electrical Machines, ICEM’08 25–28. doi: 10.1109/ICELMACH.2008.4799965. Sotomayor, D. Castellanos, S. 2016. “Diseño y construcción de un banco de pruebas para la detección de fallas en motores de inducción trifásicos”. Escuela politécnica Nacional. Gárdonyi Péter, Szabó István, Székely László, Kátai László. 2018. “Study of the drive characteristics affecting the power loss of V-belt drives”. Szent István University. Vol. 15, No. 8, 2018. Márquez, F. Rojas, M. 2011. “Diseño y construcción de un banco de pruebas para motores monocilíndricos de cuatro tiempos a gasolina”. Universidad Pontificia Bolivariana. Egórov A, Kozlov K, Belogusev V. 2015. “A method for evaluation of the chain drive efficiency”. Volga State University of Technology, Yoshkar-Ola, Russia. Paper number: 13(2015)4, 341, 277 – 282. doi:10.5937/jaes13-9170. Goytisolo, R. Abreu, G. Moya, J. Bernal, Ý. Firvida, E. Machado, A. 2014. “Banco de prueba para el ensayo de transmisiones por engranajes”. Universidad Magdeburg. ISBN: 978-959-250-997-9. Varun Urundolil Kumaran, Markus Zogg, Lukas Weiss, Konrad Wegener, 2020. Design of a Test Stand for Lifetime Assessment of Flat Belts in Power Transmission, Procedia CIRP, Volume 91, 2020, Pages 356-361, ISSN 2212-8271, https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.02.187. Unidad de Planeación Minero-Energética – UPME. 2006. Plan Energético Nacional 2006-2025. ISBN 978-958-97855-7-7. Colciencias. 2013. Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación En Energía y Minería 2013-2022. García Sánchez J.M, Carretero Peña A. 2012. Gestión de la eficiencia energética: cálculo del consumo, indicadores y mejora. ISBN: 978-84-8143-752-2. Fundación red de energía, 2010. Buenas prácticas en eficiencia energética. ISBN: 978-9968-904-17-9. Budynas, R. G., & Nisbett, J. K. 2008. Diseño de Ingenieria Mecanica de Shigley . 10ma edición. Mexico: Mc Amato, P. Camargo, M. Durán, J. Pacheco, C. Roldán, J. Duque, J. 2015. Construcción de un banco para prácticas electroneumáticas. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701. Cia General de Aceros, 2024. https://www.cga.com.co/wp-content/uploads/2020/07/Ficha-Tecnica-Acero_Grado-Estructural_A36.pdf Dereyne, S., P. Defreyne, E. Algoet, and K. Stockman. 2013. “Construction of an Energy Efficiency Measuring Test Bench for Belt Drives Test Bench Setup.” Energy Efficieny of Motor Driven Systems 1–8. |
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Por otro lado, en este documento se realiza la validación del diseño en un análisis estático mediante herramientas computacionales, obteniendo resultados como las tensiones de Von Mises, deformaciones unitarias, desplazamientos y factor de seguridad, tanto del banco como de las guías. Una vez terminada la fase de prediseño, diseño, construcción, y montaje el banco estará ubicado en el taller de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Córdoba y podrá ser operado por estudiantes del Programa, en este documento se realiza el diseño estructural preliminar del mencionado, posteriormente un estudiante de la Maestría en Ingeniería Mecánica realizará la validación del diseño, construcción, montaje y puesta en marcha.The main characteristic of the design of the dynamic test bench to evaluate energy losses in electromechanical drives is to integrate several assemblies using guides, making the assembly and disassembly of equipment practical without requiring specialized tools. The assemblies consist of the combination of equipment (motor-gear box-generator, motor generator, motor-belt transmission-generator, motor-chain transmission-generator). On the other hand, in this document the validation of the design is carried out in a static analysis using computational tools, obtaining results such as Von Mises stresses, unitary deformations, displacements and safety factor, both bench and the guides. Once the pre-design, design, construction, and assembly phase is completed, the bench will be in the mechanical engineering workshop of the University of Córdoba and can be operated by students of the program. In this document, the preliminary structural design of the is carried out. Subsequently, a master's student in mechanical engineering will validate the design, construction, assembly and commissioning.RESUMEN 101. INTRODUCCIÓN 122. OBJETIVOS 132.1. OBJETIVO GENERAL 132.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 133. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 143.1. BANCOS DE ENSAYO 143.2. ENSAYOS EN UN BANCO DE PRUEBAS 143.2.1. Ensayos de investigación y desarrollo 143.3. ACCIONAMIENTOS ELECTROMECÁNICOS 153.3.1. Motores de inducción. 153.2.2. Transmisión por correa. 163.3.3. Transmisión por cadena. 163.4. EFICIENCIA ENERGÉTICA 173.5. FACTOR DE CARGA 173.6. MODULARIDAD 183.7. ELEMENTOS FINITOS 184. ESTADO DEL ARTE 184.2. CONSTRUCCIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA LA MEDICIÓN DE EFICIENCIA ENERGÉTICA PARA TRANSMISIÓN POR CORREA 195. MATERIALES Y MÉTODOS 205.1. GENERALIDADES 205.2. ETAPAS DE DISEÑO 215.3. IDENTIFICACIÓN DE EQUIPOS 215.3.1. Motor de inducción eléctrico. 225.3.2. Generador. 225.3.3. Caja de engranajes. 225.3.4. Sensor de par de torque. 225.4. IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES 225.4.1. Chumaceras. 235.4.2. Juntas flexibles. 235.4.3. Ejes de transmisión. 235.4.4. Poleas y banda. 245.4.5. Piñón y cadena. 245.4.6. Tornillos, arandelas, tuercas. 245.4.7. Placa, viga, guías. 245.5. IDENTIFICACIÓN DE PARÁMETROS 255.5.1. Potencia y torque del motor. 265.5.2. Configuración para ensayo de motores de inducción. 265.5.3. Configuración para ensayo de transmisiones por caja de engranajes. 275.5.4. Configuración para ensayo de transmisiones flexibles y de potencia. 275.5.4.1 Transmisión flexible polea-correa. 275.5.4.2 Transmisión de potencia piñón-cadena. 275.5.5. Modularidad. 285.5.6. Ergonomía en bancos de ensayo. 285.5.6.1. Medidas antropométricas. 285.5.6.2. Definición de ergonomía basado en medidas antropométricas. 285.6. SELECCIÓN DEL MATERIAL 305.6.1. Criterios de selección. 305.6.2. Caracterización del acero estructural. 305.7. PLANTEAMIENTO DE CONFIGURACIONES 315.8. DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE 325.8.1. Configuración motor de inducción – Plano XY. 325.8.2. Configuración motor de inducción – Plano YZ. 345.8.3. Configuración caja de engranajes – Plano XY. 355.8.4. Configuración caja de engranajes – Plano YZ. 365.8.5. Configuración de transmisiones – Plano XY. 375.8.6. Configuración de transmisiones – Plano YZ. 385.9. CÁLCULO Y SELECCIÓN DE SOLDADURA 395.10. CÁLCULO Y SELECCIÓN DEL PERFIL DE LA VIGA 405.11. ALTERNATIVAS DE DISEÑO 425.11.1. Alternativa de diseño 1. 425.11.2. Alternativa de diseño 2. 435.12. IDEA CONCEPTUAL DE BANCO DE ENSAYO 435.13. DISEÑO DE BANCO DE ENSAYO 445.14. PROCESO DE MANUFACTURA SUGERIDO PARA CONSTRUCCIÓN 455.14.1. Corte de perfiles. 455.14.2. Soldadura de perfiles. 456. RESULTADOS Y DISCUSIONES 456.1. ANÁLISIS ESTÁTICO DEL BANCO 466.1.1. Tensiones de Von Mises. 466.1.2. Desplazamientos. 476.1.3. Deformaciones unitarias. 486.1.4. Factor de seguridad. 486.2. ANÁLISIS ESTÁTICO GUÍAS 496.2.1. Tensiones de Von Mises. 496.2.2. Desplazamientos. 506.2.3. Deformaciones unitarias. 506.2.4. Factor de seguridad. 516.3. ENSAMBLE DE CONFIGURACIÓN PARA TRANSMISIÓN POR CAJA REDUCTORA 516.4. ENSAMBLE DE CONFIGURACIÓN PARA TRANSMISIONES FLEXIBLES Y DE POTENCIA 526.4.1. Transmisión con polea/correa o piñón/cadena. 526.5. ENSAMBLE DE CONFIGURACIÓN PARA MOTOR DE INDUCCIÓN 536.6. RESUMEN DE MATERIALES Y EQUIPOS 547. CONCLUSIONES 558. RECOMENDACIONES 569. BIBLIOGRAFÍA 57ANEXOS 60A. EVIDENCIA DE SEGUIMIENTO EN FASE DE IDEAS DE DISEÑO 60a. Primera reunión – Definición de idea conceptual del banco de ensayos. 60b. Segunda reunión – Definición de configuraciones. 61c. Primer 2D de configuraciones 62d. Primer 3D de configuraciones. 63e. Segundo 2D de configuraciones 64f. Primer plano de diseño de banco 66g. Primer plano de configuraciones 66h. Plano de propuesta de diseño de banco 68i. Reunión de definición de guías para modularidad 68j. Propuestas de guías para banco de ensayos 69k. Plano de banco con guías 71l. Primer 3D de banco con guías y equipos 72m. Primeras evaluaciones con elementos finitos del banco 73B. FICHAS TÉCNICAS DE EQUIPOS 74a. Ficha técnica - motor de inducción trifásico 74b. Ficha técnica - Generador eléctrico 75c. Ficha técnica – caja de engranajes 78d. Ficha técnica - sensor de par de torque 79C. FICHAS TÉCNICAS DE COMPONENTES 79a. Ficha técnica - acoples 79b. Ficha técnica – chumaceras 80c. Ficha técnica de placa principal y acero estructural 81D. FICHA TÉCNICA DE SOLDADURA 82E. PLANOS DE DISEÑO DE BANCO 83a. Plano de vigas en U 83b. Plano de vigas cuadradas 87c. Plano de placas 89d. Plano de las guías 91e. Plano general del banco 92F. DISEÑO 3D BANCO PARA MOTORES DE INDUCCIÓN 93G. DISEÑO 3D PARA TRANSMISIÓN POR CAJA DE ENGRANAJES 93H. DISEÑO 3D PARA TRANSMISIONES FLEXIBLES Y DE POTENCIA 94a. Diseño 3D para polea-correa o piñón-cadena 94I. VISTA EXPLOSIONADA PARA TRANSMISIÓN POR MOTOR Y CAJA DE ENGRANES 95J. VISTA EXPLOSIONADA PARA TRANSMISIÓN POR TRANSMISIÓN FLEXIBLE Y DE POTENCIA 96ABSTRACT 114.1. DESIGN OF A TEST STAND FOR LIFETIME ASSESSMENT OF FLAT BELTS IN POWER TRANSMISSION 18Proyecto desarrollado en el marco de la convocatoria interna "Programa de Apoyo y Mejora del desempeño de grupos de investigación" aprobada en el acta No. FI-04-22 de 2023 de la Facultad de Ingeniería, en el Grupo de Investigación Ingeniería, Ciencia y Tecnología I.C.T. del Departamento de Ingeniería Mecánica.PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)Trabajos de Investigación y/o Extensiónapplication/pdfspaUniversidad de CórdobaFacultad de IngenieríaMontería, Córdoba, ColombiaIngeniería MecánicaCopyright Universidad de Córdoba, 2024https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño de un banco de ensayos dinámico para evaluar las pérdidas de energía en accionamientos electromecánicos con fines académicos e investigativos en el laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad de CórdobaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTextAdissi, Marcéu O., Abel C. Lima Filho, Ruan D. Gomes, Diógenes M. G. B. Silva, and Francisco A. Belo. 2017. “Implementation and Deployment of an Intelligent Industrial Wireless System for Induction Motor Monitoring.” Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control 139(12):124502. doi: 10.1115/1.4037167.Andrade, D.Y. 2019. Diseño y análisis estructural preliminar de un banco de pruebas para cohetería experimental. Universidad Pontificia Bolivariana Escuela De Ingenierías.Waide, Paul, and Conrad U. Brunner. 2011. “Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems.” Cedex, France: Int. Energy Agency 132. doi: 10.1787/5kgg52gb9gjd-en.Hasanuzzaman, M., N. A. Rahim, R. Saidur, and S. N. Kazi. 2011. “Energy Savings and Emissions Reductions for Rewinding and Replacement of Industrial Motor.” Energy 36(1):233–40. doi: 10.1016/j.energy.2010.10.046.Holmquist, John R., James A. Rooks, and Michael E. 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