Diseño y construcción de un banco de pruebas para la aplicación de análisis de vibraciones con fines de mantenimiento predictivo

Abstract

En este proyecto se muestra el diseño de un sistema de análisis de vibraciones de bajo costo con fines en mantenimiento predictivo. Para realizar el diseño se estudió la metodología empleada en el análisis de vibraciones bajo las normativas ISO13373 e ISO5348. Se estudiaron los fallos característicos de motores trifásicos jaula de ardilla, en este caso un motor trifásico AC-Dolang ETM-7114 de 1/4HP. Posterior a ello se realizó la elección de los dispositivos para medición de vibraciones y de registro de datos bajo un método de ponderación, cuyo resultado define como sensor el acelerómetro ADXL335 de tecnología MEMS, y para el registro de datos una tarjeta Raspberry PI 3. Se procede prueban diferentes métodos de fijación del sensor al motor y se define el método de atornillado. Se desarrolla una aplicación informática para obtener las firmas características y los diagramas de las vibraciones del motor en el espectro de Fourier. La aplicación determina los picos de vibración por medio de una separación de datos usando la desviación estándar y la curva normal, determinando así los posibles fallos apoyado en reglas de decisión. Para probar el sistema se obtiene la firma del motor en condiciones de operación normal y, se generan como fallos de prueba en condiciones controladas un desbalanceo estático, desalineamiento y fallo en rodamiento (BPFI y BPFO). Se concluye que con el sistema compuesto principalmente por el sensor ADXL335 y la Rasberry Pi 3, con costos de USD 4 y USD 50 respectivamente a la fecha de publicación de este documento, es posible aplicar la técnica de análisis de vibraciones en motores eléctricos obteniendo resultados confiables permitiendo detectar los fallos considerados en la prueba.

In this project shows the design of a low-cost vibration analysis system for predictive maintenance purpose. To carry out the design, the methodology used in the analysis of vibrations under the ISO 10816and ISO 5348 standards was studied. The characteristics faults of three-phase squirrel cage motor were studied, in this case a three-phase motor AC-Dolang ETM 7114 of 1/4HP. After that, the choice of devices for vibration measurement and data acquisition was carried out under a weighting method, whose result defines as a sensor the ADXL335 accelerometer of MEMS technology, and for the acquisition data a raspberry PI card. Procced to test different methods of fixing the sensor to the motor and the method of screw was defined. A computer application is developed to obtain the characteristics signatures and diagrams of the motor vibrations in the Fourier spectrum. The application determines the peaks of vibration by means of separation of data using the standard deviation and the normal curve, thus determining the possible failures supported in a decision tree. To test the system, the motor signature is obtained under normal operating condition and static unbalance, misalignment, and bearing failures (BPFI and BPFO) are generated as test failures under controlled conditions. It’s concluded that with the system composed mainly of the ADXL335 sensor and Raspberry PI 3, with cost of USD 4 and USD 50 respectively at the date of publication of this document, it’s possible to apply the technique of vibration analysis in electric motors obtain results reliable to detect the failures considered in the test.