Diseño y construcción de un banco de pruebas de alineación y balanceo para el entrenamiento de personal técnico del Ingenio Risaralda

: figuras, tablas

Autores:
Rubiano Gómez, Mauricio
Tucanes Hualpa, Cristhian Humberto
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15539
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/15539
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Palabra clave:
370 - Educación
Adiestramiento ocupacional
Mantenimiento
Ingenios azucareros
Alineación
Balanceo
Banco de pruebas
Mantenimiento industrial
Ingenio azucarero
Vibraciones
Frecuencias de fallo
Manual de operaciones
Ingeniería mecánica
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessQuintero Riaza, Héctor FabioRubiano Gómez, MauricioTucanes Hualpa, Cristhian Humberto2024-12-03T16:09:06Z2024-12-03T16:09:06Z2024https://hdl.handle.net/11059/15539Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/home: figuras, tablasEste trabajo de grado propone el desarrollo e implementación de un “Banco de Pruebas de Alineamiento y Balanceo” en el Ingenio Risaralda, con el objetivo principal de fortalecer y mejorar la capacidad del personal técnico del área de mantenimiento en la detección, corrección precisa de desbalanceo y desalineamiento en los ejes de las máquinas utilizadas en la producción de azúcar. La falta de una herramienta especializada ha creado importantes desafíos de mantenimiento, lo que afecta negativamente la eficiencia y durabilidad de las máquinas. El enfoque metodológico adoptado es mixto, integrando métodos cuantitativos y cualitativos para abordar la complejidad de los problemas identificados. Los objetivos específicos van desde el diseño y construcción del banco de pruebas hasta la identificación de frecuencias de error en las señales de vibración y el desarrollo de un manual de operaciones para el personal técnico. La relevancia de este proyecto radica en mejorar la infraestructura industrial, reducir las paradas no planificadas y contribuir al crecimiento económico sostenible de la región de Risaralda. Además, está alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU, particularmente en áreas como trabajo decente, crecimiento económico, industria, innovación e infraestructura, y producción y consumo responsables. La investigación aborda desafíos específicos en la industria azucarera local, como la falta de alineación y balanceo adecuados, conduciendo a costosos mantenimientos correctivos, paradas innecesarias y la disminución de la productividad. Los impactos sociales y económicos esperados de esta propuesta apuntan a satisfacer las necesidades específicas del sector y promover prácticas responsables en la producción y consumo de recursos.Resumen 4 Abstract 5 Índice de figuras 12 Índice de tablas 13 1. Introducción 14 1.1 Definición del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.1.1 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1.2 Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.1 Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.2 Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3 Estructura del trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.1 Diseñar el Banco de Pruebas de Alineamiento y Balanceo considerando los fallos más comunes en las máquinas rotativas del Ingenio Risaralda . . . . 17 1.3.2 Construir el Banco de Pruebas y asegurar su funcionalidad y seguridad para el personal técnico y los equipos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3.3 Identificar las frecuencias de las fallas características esperadas en las señales de vibración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3.4 Elaborar el manual de operaciones y prácticas de alineación y balanceo para ser utilizado por los operarios del Ingenio Risaralda. . . . . . . . . . . . . 18 2. Principios Fundamentales 19 3. Descripción del banco de pruebas 26 3.1 Selección del motor eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2 Diseño del árbol de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.2.1 Determinación del diámetro del eje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 7 3.2.2 Resistencia a la fatiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.2.3 Fuerzas que actúan sobre árbol de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.2.4 Revisión del eje a las cargas dinámicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.2.5 Cálculo de la resistencia a la rigidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 3.2.6 Cálculo del eje a las vibraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.3 Selección de combinación soporte-rodamiento con accesorios . . . . . . . . . . . . . 55 3.4 Cálculo de diseño del volante de inercia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.5 Selección del acople mecánico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.5.1 Criterios de Selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.5.2 Proceso de Selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.6 Instrumentos de Medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.6.1 Easy-Laser XT440 Shaft Alignment System . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.6.2 Analizador de Vibraciones Microlog CMXA 80 . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.7 Identificación de las frecuencias de falla de acople y rodamiento . . . . . . . . . . . 65 3.7.1 Frecuencias de falla para un rodamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 3.7.2 Frecuencias de falla para un acople . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4. Formulación del modelo matemático para el desbalanceo 69 4.1 Cálculo de las masas involucradas en el desbalanceo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.2 Cálculo de la rigidez equivalente del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.3 Cálculo de las deflexiones causadas por los volantes sobre el eje . . . . . . . . . . . 83 4.4 Cálculo de la frecuencia natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4.5 Cálculo de la posición del centro de masa con respecto al centro de rotación . . . . . 84 4.6 Cálculo de la distancia desde el centro de rotación hasta el centro de masa . . . . . . 84 4.7 Cálculo del ángulo de fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.8 Cálculo de las fuerzas de desbalanceo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.9 Cálculo de las reacciones en los apoyos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.10 Cálculo de las deformaciones en los apoyos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5. Resultados experimentales 89 5.1 Pruebas de Alineación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 8 5.1.1 Parámetros de Medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.1.2 Mediciones en Grados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2 Pruebas de Balanceo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.2.1 Parámetros de Medición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.3 Discusión de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.3.1 Comparación con Otros Estudios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.3.2 Implicaciones Prácticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6. Manual de operaciones y prácticas de banco de pruebas de alineación y balanceo 99 6.1 Descripción del Banco de Pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.2 Configuración del banco de pruebas para alineación y balanceo . . . . . . . . . . . . 99 6.2.1 Ajuste de Base de motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.2.2 Instalación del Acople Rexnord Omega STRD E5 . . . . . . . . . . . . . . . 100 6.2.3 Instalación de Chumacera SNL 511-609 y Rodamiento 21309 EK . . . . . . 102 6.2.4 Instalación del Mango de Fijación HA-309 y Buje QD Tamaño SDS . . . . . 103 6.3 Procedimientos de Alineación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.3.1 Verificaciones Previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 6.3.2 Preparativos Pre-Alineación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.3.3 Proceso de Alineación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.3.4 Finalización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.4 Procedimientos de Balanceo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.4.1 Simulación de Desbalances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 6.4.2 Proceso de Balanceo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.5 Ejercicios Prácticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.6 Recomendaciones de Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.7 Mantenimiento Preventivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.8 Procedimientos de Operación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.8.1 Encendido del Banco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.8.2 Pruebas de Alineamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 9 6.8.3 Pruebas de Balanceo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 7. Conclusiones 111 8. Aportes 112 9. Bibliografía 113 10. Apéndice 114 A. Planos de diseño de Banco de alineación y balanceo . . . . . . . . . . . . 114 B. Construcción del banco de pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 C. Prueba de alineación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 D. Prueba de balanceo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)140 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería MecánicaFacultad de Ingeniería MecánicaPereira370 - EducaciónAdiestramiento ocupacionalMantenimientoIngenios azucarerosAlineaciónBalanceoBanco de pruebasMantenimiento industrialIngenio azucareroVibracionesFrecuencias de falloManual de operacionesIngeniería mecánicaDiseño y construcción de un banco de pruebas de alineación y balanceo para el entrenamiento de personal técnico del Ingenio RisaraldaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisABBMOTORS. (2023). VL3505 - Motor de aplicación general [Consultado el 18 de diciembre de 2023].Arias Castellanos, N., Ramírez Castaño, L. M., & Perea Mosquera, L. N. (2022). 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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