Diseño e implementación de la electrónica de un sistema de sensado de las vibraciones de una estructura metálica

Abstract

Las vibraciones son efectos mecánicos presentes en diversas estructuras y mecanismos de soporte. Dichas vibraciones pueden presentar beneficios o perjuicios para los sistemas mecánicos. Para evitar las consecuencias perjudiciales de las vibraciones, se estudian y se evalúan formas de aislar o disipar sus efectos. Bajo este enfoque de estudio, en la especialidad de Ingeniería Mecánica se desarrolló un módulo estructural que tiene como objetivo mostrar los efectos de las vibraciones a través de patrones de vibración que ocurren al perturbar dicha estructura con una fuerza excitatriz proveniente de un actuador (se referirá al mismo como “trabajo previo”). En la presente tesis se desarrolla un sistema electrónico y una interfaz digital que, en su conjunto, expanden el potencial de dicho módulo educativo, permitiendo al estudiante apreciar de manera interactiva las señales de vibraciones en los dominios de tiempo y frecuencia para un mejor análisis visual. Para el sensado de vibraciones, se utilizó un sensor de efecto Hall y una interfaz programada en LabView. La precisión de dicho sensor fue comparada con un acelerómetro de alta prestación (Bruel&Jaer) en un escenario de trabajo desarrollado en el laboratorio de Acústica de la Pontificia Universidad Católica del Perú. En los resultados se concluye que se puede detectar y mostrar las señales en tiempo real con una frecuencia cuyos picos presentan un error máximo de 0.79 % con respecto al elemento patrón (acelerómetro). Por otro lado, se realizó la calibración del generador de vibraciones (actuador) de la estructura metálica y se halló que la frecuencia medida por el sensor de velocidad (codificador) presenta un máximo error del 6% con respecto a un elemento patrón (tacómetro). Por último, se registró los datos de una zona específica de la estructura ante un impacto de un martillo de goma para poder registrar las vibraciones en un archivo de texto, el cual posteriormente se procesó con una hoja de cálculo en Excel. Con dichos resultados, las frecuencias de resonancia halladas en la presente tesis son diferentes a las frecuencias experimentales halladas en el trabajo previo por 39.59 %. Así mismo se obtiene 36.19 % de error al comparar los resultados del trabajo previo con los resultados analíticos. Sin embargo, este error se reduce a 17 % cuando se compara los resultados de la presente tesis con los resultados analíticos.