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Un estudio sobre el procedimiento para la experimentación y caracterización de fallos en motores Common Rail mediante la técnica predictiva de vibraciones. El documento incluye información sobre la percepción de diferentes fallos en la combustión de motores, las características dinámicas basadas en experimentos y simulaciones, y una tabla de fallos en motores Common Rail. Además, se discuten los métodos comprobatorios no intrusivos para el control de calidad en la línea de montaje.
Tipo: Monografías, Ensayos
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Este trabajo est´a dedicado a mi familia que han sido pilar fundamental para poder concluir esta meta tan anhelada. A todos ellos Dios los bendiga. Olger
A mi familia por todo su apoyo y compresi´on. H´ector
i
AGRADECIMIENTOS
A mis padres y hermanos por su apoyo constante e incondicional.
Al Ing. Cristian Garcia M.Sc, por la orientaci´on, el incentivo y la confianza en mi trabajo. Al Ing. Diego Rivera, por sus sugerencias, comentarios y sobre todo por su amistad. Al Ing. Juan Valverde, por su constante apoyo en el desarrollo de esta investi- gaci´on. A la mujer que inspiro cada momento y fue el aliciente para continuar. A los amigos y compa˜neros de Laboratorio, as´ı como al personal encargado del mismo.
H´ector
iii
DECLARATORIA
El trabajo de grado que presentamos, es original y basado en el proceso de investigaci´on y/o adaptaci´on tecnol´ogica establecida en la Carrera de Ingenier´ıa Mec´anica Automo- triz de la Universidad Polit´ecnica Salesiana. En tal virtud los fundamentos t´ecnicos - cient´ıficos y los resultados son exclusiva responsabilidad de los autores. A trav´es de la presente declaraci´on cedemos los derechos de propiedad intelectual correspondiente a este trabajo, a la Universidad Polit´ecnica Salesiana, seg´un lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la Normativa Institucional Vigentes.
Criollo Jadan Olger Rodrigo
Matute Bravo H´ector Marcelo
iv
RESUMEN
En este trabajo se presenta la descripci´on del diagn´ostico de fallos en la combusti´on en motores de encendido por compresi´on, a trav´es del an´alisis de las im´agenes espectrales cuando el motor est´a en condiciones de funcionamiento ´optimas y cuando al mismo se le ha simulado fallos caracter´ısticos en el proceso de combusti´on. Inicialmente se describe el funcionamiento de un motor de encendido por com- presi´on y se detiene en analizar el proceso de combusti´on caracter´ıstico en motores di´esel, luego se analizan las caracter´ısticas predominantes del motor CRDI (common rail direct injection) a usar para la experimentaci´on, a partir de mencionada revisi´on se procede a examinar la bibliograf´ıa y trabajos desarrollados mediante la t´ecnica de mantenimiento predictivo por an´alisis de vibraciones as´ı como tambi´en toda la teor´ıa relacionada a las vibraciones mec´anicas. Despu´es se describe el medio para el tratamiento de la se˜nal adquirida por medio de equipo especializado aceler´ometros uniaxiales y todo el proceso de adquisici´on como el procesamiento de la se˜nal con la finalidad de poder realizar un estudio sobre la imagen espectral mediante el uso de la transformada r´apida de Fourier, para lo cual se ha conside- rado utilizar el software LabVIEW, por la facilidad de uso que presenta esta plataforma de instrumentos virtuales a m´as del amigable entorno para la creaci´on de una base de datos de fallos caracter´ısticos en la combusti´on de motores de encendido por compresi´on CRDI y su respuesta captada por la instrumentaci´on para el an´alisis de vibraciones. Finalmente se hace un estudio del procedimiento para la experimentaci´on y la caracterizaci´on as´ı como ponderaci´on mediante valores porcentuales de la percepci´on de diferentes fallos en la combusti´on de motores CRDI; para poder detectar fallos mediante la t´ecnica predictiva mencionada en la imagen espectral se han realizado varias pruebas tanto para el aislamiento de las vibraciones con el entorno entre la estructura del motor de combusti´on y la superficie del piso, ya en el momento de realizar el levantamiento de la informaci´on con la simulaci´on de los fallos en el motor CRDI se contemplaron recopilar un n´umero determinado de muestras para poder realizar el an´alisis de la varianza para un factor se puede determinar la homogeneidad de las muestras, para las frecuencias en las cuales se puede notar un cambio y es motivo de estudio para el diagn´ostico del fallo
vi
vii simulado en el motor, tambi´en como refuerzo de estudio se contemplan los diferentes par´ametros de funcionamiento caracter´ısticos para un motor cuando este funciona bajo condiciones normales y cuando el mismo ha sido sometido a la simulaci´on de un fallo.
Palabras Clave: CRDI, Vibraci´on, FFT, espectro, ANOVA.
xiii 4.9 Caso de estudio R3 X0 3 (R´egimen a 1500 rpm para el fallo 3 (cambio del inyector con mayor volumen de inyecci´on)............................. 86
5 Conclusiones y Recomendaciones..................................... 90 5.1 Conclusiones..................................................... 90 5.2 Recomendaciones.................................................. 91
Referencias Bibliogr´aficas............................................... 92
A Anexo 1 Im´agenes espectrales de la base de datos................... 96
Figura - 2.8 Sistema masa resorte con exitaci´on en la base....................... 31 Figura - 2.9 Consideraciones sobre la transmisibilidad........................... 32 Figura - 2.10 Dise˜no de base para el aislamiento de la vibraci´on................... 34 Figura - 2.11 Ensayo de validaci´on de aislamiento vibratorio estructura - piso..... 35 Figura - 2.12 Referencia de estudio para el aislamiento vibratorio................. 35 Figura - 2.13 Modelado del desplazamiento de la parte superior de la base........ 35 Figura - 2.14 Modelado del desplazamiento de la parte inferior de la base......... 35 Figura - 2.15 Caracterizaci´on de puntos para el desplazamiento de la estructura del mecanismo........................................................... 36 Figura - 2.16 Caracterizaci´on de puntos para el desplazamiento de la superficie del piso.................................................................. 36 Figura - 2.17 Descriptivos de las muestras para el desplazamiento de la estructura 37 Figura - 2.18 Prueba de homogeneidad de varianzas para el desplazamiento de la estructura............................................................ 37 Figura - 2.19 ANOVA de un factor para el desplazamiento de la estructura........ 37 Figura - 2.20 Diagrama de cajas para los grupos estudiados del desplazamiento de la estructura........................................................... 38 Figura - 2.21 Diagrama de cajas para los grupos estudiados del desplazamiento de la superficie............................................................ 38 Figura - 2.22 Descriptivos de las muestras para el desplazamiento de la superficie del piso................................................................. 39 Figura - 2.23 Prueba de homogeneidad de varianzas para el desplazamiento del piso. 39 Figura - 2.24 ANOVA de un factor para el desplazamiento del piso................ 39 Figura - 2.25 Posici´on recomendada para el aceler´ometro......................... 42 Figura - 2.26 Modelo de procedimiento a seguir para la extracci´on de espectros de frecuencia............................................................ 47 Figura - 2.27 Puntos y direcciones de medida para un MEC....................... 51 Figura - 3.1 Composici´on de la se˜nal de vibraci´on de acuerdo a las composiciones espectrales........................................................... 62 Figura - 3.2 Dominio de tiempo vs dominio de frecuencia........................ 62
xv
LISTA DE S´IMBOLOS
A Amplitud de Oscilaci´on B Di´ametro del cilindro c Velocidad del sonido C Coeficiente de amortiguamiento Cc Coeficiente de amortiguamiento cr´ıtico Cp Calor espec´ıfico a presi´on constante Cv Calor espec´ıfico a volumen constante dB Decibel fn Frecuencia natural fN Frecuencia de Nyquist fo M´odulo de la fuerza exitatoria fs Frecuencia de muestreo Ft M´odulo de la fuerza trasmitida al soporte g Gravedad k Rigidez del resorte l Longitud de la biela L Langrangiano LdB Nivel de la se˜nal en dB Lref Nivel de referencia, equivale a 0 dB L 1 Nivel de Vibraci´on en acceleraci´on, velocidad o desplazamiento m Masa M Masa molar del gas mc Masa de la biela mp Masa del pist´on
xviii
mr Masa de la manivela r Radio de la manivela T Temperatura Tr Transmisibilidad U Energia potencia V Volumen w Velocidad angular constante de la manivela wb Frecuencia de oscilaci´on de la base wn Frecuencia angular natural x Posici´on de desplazamiento X Eje de simetr´ıa y 0 Desplazamiento inicia y Desplazamiento final Letras griegas Exponente Politr´opico γ Constante adimensional para gases diat´omicos θ Angulo de la manivela´ ξ Raz´on de amortiguamiento φ Angulo formado por la biela y el eje x´
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