Herramienta para la adquisición, procesamiento y monitorización de señales : detección de fallos en ejes y rodamientos mecánicos

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El presente Proyecto de Fin de Carrera, se centra en el desarrollo de una interfaz gráfica, la cual permite integrar en una única herramienta gran parte de las aplicaciones necesarias para poder llevar a cabo un estudio pormenorizado aplicado al mantenimiento predictivo de las vibraciones mecánicas que se generan en los rodamientos, pudiendo con dicha herramienta detectar el tiempo de estabilización de éstos y trabajar con vista a corregirlas, aumentando de este modo el confort y la durabilidad de los mismos. La interfaz gráfica se desarrolla según las especificaciones indicadas por los técnicos y profesores que van a utilizar la herramienta, lo que supone el diseño y desarrollo de un software muy específico que cubra perfectamente la finalidad de sus funcionalidades. Esta interfaz se ejecuta en un PC y se ha desarrollado bajo entorno de programación MATLAB. La herramienta dispone de varios modos de funcionamiento: 1. La tarjeta de adquisición de datos “KEITHLEY”. Se conecta mediante USB al PC permitiendo la captura de datos tanto analógicos como digitales en tiempo real con un rango de 1 a 8 canales. De esta forma, se procesan, modifican y monitorizan los datos reales adquiridos. 2. La tarjeta de sonido del micrófono integrada en el PC. Permite la captura de datos mediante dos canales independientes de cualquier dispositivo que se conecte a la clavija propia del micrófono. 3. Modo simulación. El proyecto forma parte de los trabajos desarrollados en conjunto por el Departamento de Ingeniería Mecánica y el Departamento de Automática y Sistemas de la Universidad Carlos III de Madrid.
Ingeniería Industrial
Publicado el : sábado, 01 de octubre de 2011
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Fuente : e-archivo.uc3m.es
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Atribución, no uso comercial, sin cambios
Número de páginas: 195
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UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID


ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR



INGENIERÍA INDUSTRIAL
ESPECIALIDAD AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA
INDUSTRIAL
















PROYECTO FINAL DE CARRERA


HERRAMIENTA PARA LA ADQUISICIÓN,
PROCESAMIENTO Y MONITORIZACIÓN DE
SEÑALES. DETECCIÓN DE FALLOS EN EJES Y
RODAMIENTOS MECÁNICOS



AUTOR: JAVIER ROMERO CARRASCO
TUTOR: RAMÓN IGNACIO BARBER CASTAÑO
COTUTORA: MARÍA JESÚS GÓMEZ GARCÍA


Octubre de 2011









Son muchas las manos y los corazones
que contribuyen al éxito de una persona.

Walt Disney


El futuro pertenece a las personas
que creen en la belleza de sus sueños.

Eleanor Roosevelt


Agradecimientos

Quiero dar las gracias a mis padres, por mi oportunidad de existir, por su
sacrificio en algún tiempo incomprendido, por su ejemplo de superación incansable,
por su comprensión y confianza, por su amor y amistad incondicional, porque sin su
apoyo no hubiera sido posible la culminación de mi carrera profesional. Por lo que
ha sido y será… Gracias

Expresar mi más profundo agradecimiento a mi familia, porque gracias a su
cariño, guía y apoyo he llegado a realizar uno de los anhelos más grandes de la vida,
fruto del inmerso apoyo, amor y confianza que en mi se depositó y con los cuales he
logrado terminar mis estudios profesionales que constituyen el legado más grande
que pudiera recibir y por lo cual les viviré eternamente agradecido. Con cariño y
respeto.

Gracias Nazareth, eres de esa clase de personas que todo lo comprenden y dan
lo mejor de sí mismos sin esperar nada a cambio, porque sabes escuchar y brindar
ayuda cuando es necesario, por estar siempre ahí de forma incondicional, por todo
esto y mucho más, te quiero.

A todos mis amigos de Madrid, Badajoz y de Murcia, por su preocupación e
interés, y por los grandes momentos que hemos vivido y disfrutado juntos.

A todos mis profesores y compañeros de la Universidad, que han hecho
mucho más ameno el camino de mis estudios, por su amistad, compañerismo y
respeto.

En especial, quiero dar las gracias a Alberto Navarro, mi compañero de clase,
por dar siempre lo mejor de sí mismo, ofrecer su ayuda incondicional y porque todos
los momentos que he compartido con él, me han hecho crecer como persona.

Principalmente, dar especial agradecimiento a mi tutor Ramón Barber, por la
oportunidad que me ha brindado para realizar este proyecto y por la confianza que
ha depositado en mí. Del mismo modo, agradecer todo el tiempo invertido en mí,
por su paciencia e interés y por su apoyo moral en los momentos más difíciles.

Por último, agradecer a María Jesús Gómez todo el tiempo y esfuerzo que ha
dedicado para poder llevar a cabo las prácticas y pruebas del presente proyecto y por
ser tan amable y cordial en todos los momentos que hemos compartido en el
laboratorio de prácticas.

A todos ellos, mi más sincero agradecimiento. Gracias.
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Resumen





El presente Proyecto de Fin de Carrera, se centra en el desarrollo de una
interfaz gráfica, la cual permite integrar en una única herramienta gran parte de las
aplicaciones necesarias para poder llevar a cabo un estudio pormenorizado aplicado
al mantenimiento predictivo de las vibraciones mecánicas que se generan en los
rodamientos, pudiendo con dicha herramienta detectar el tiempo de estabilización
de éstos y trabajar con vista a corregirlas, aumentando de este modo el confort y la
durabilidad de los mismos.

La interfaz gráfica se desarrolla según las especificaciones indicadas por los
técnicos y profesores que van a utilizar la herramienta, lo que supone el diseño y
desarrollo de un software muy específico que cubra perfectamente la finalidad de sus
funcionalidades. Esta interfaz se ejecuta en un PC y se ha desarrollado bajo entorno
de programación MATLAB.

La herramienta dispone de varios modos de funcionamiento:
1. La tarjeta de adquisición de datos “KEITHLEY”. Se conecta mediante
USB al PC permitiendo la captura de datos tanto analógicos como
digitales en tiempo real con un rango de 1 a 8 canales. De esta forma,
se procesan, modifican y monitorizan los datos reales adquiridos.
2. La tarjeta de sonido del micrófono integrada en el PC. Permite la
captura de datos mediante dos canales independientes de cualquier
dispositivo que se conecte a la clavija propia del micrófono.
3. Modo simulación.

El proyecto forma parte de los trabajos desarrollados en conjunto por el
Departamento de Ingeniería Mecánica y el Departamento de Automática y Sistemas
de la Universidad Carlos III de Madrid.

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Índice General
Agradecimientos .............................................................................................................. 5
Resumen ........................... 7
Índice General ................. 9
Índice de Figuras ............................................................................................................ 13

1. Introducción ...... 17
1.1 Motivaciones ...................................................................................................... 19
1.2 Objetivos ............ 21
1.3 Partes del documento ........................................................................................ 23

2. Estado del Arte ................................... 25
2.1 Mantenimiento predictivo ................................................ 26
2.1.1 Introducción ........................................................... 26
2.1.2 Situación actual ...................... 28
2.1.3 Aplicación y metodología ...................................................................... 29
2.1.4 Técnicas aplicadas al mantenimiento predictivo . 30
2.2 Procesamiento de señales vibratorias ............................... 37
2.2.1 Introducción ........................................................................................... 37
2.2.2 Clasificación de las señales vibratorias ................. 38
2.2.3 Modelo de procesamiento de señales vibratorias ................................. 39
2.2.4 Tipos de análisis de señales vibratorias ................................................. 41
2.3 Técnicas de análisis espectral de señales .......................... 46
2.3.1 La transformada corta de Fourier y el espectograma ........................... 46
2.3.2 La transformada corta de Fourier (STFT) ............................................. 47
2.3.3 Espectograma ......................................................... 48
2.3.4 La transformada de Hilbert ................................................................... 49
2.3.5 La transformada corta de Wavelet ........................ 50
2.4 Rodamientos y ejes ............................................................ 55
2.4.1 Rodamientos ........................................................... 55
2.4.2 Ejes .......................................................................................................... 59


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3. Programación y adquisición de datos ............................................................... 61
3.1 Interfase Hombre_Máquina .............................................................................. 62
3.2 Interfaces gráficas y entornos de programación gráfica .. 65
3.2.1 MATLAB (GUIDE) ................ 67
3.2.2 LabVIEW ................................................................................................ 68
3.2.3 Delphi ..... 69
3.2.4 Visual Basic............................. 70
3.3 Entorno de programación MATLAB ................................................................ 71
3.3.1 Entorno gráfico y creación de interfaces .............. 71
3.3.2 Características y tipos ............................................................................ 72
3.3.3 Entorno flexible de trabajo .... 73
3.3.4 Diseño y configuración de la GUI ......................................................... 78
3.3.5 Funcionamiento de una aplicación GUI ............... 87
3.3.6 Flujo de operación .................................................. 90
3.3.7 Alternativas de comunicación entre aplicaciones MATLAB .............. 91
3.4 Análisis y adquisición de datos ......................................................................... 94
3.4.1 Tarjeta de adquisición de datos ............................. 95
3.4.2 Comunicación USB con el PC ................................ 100
3.4.3 Tarjeta de sonido integrada en el PC .................. 101

4. Desarrollo de la interfaz gráfica ...................................................................... 111
4.1 Especificaciones de diseño............... 112
4.1.1 Requisitos del sistema .......... 112
4.1.2 Requisitos funcionales ......................................................................... 113
4.2 Arquitectura del sistema .................. 114
4.2.1 Interfase: PC con KEITHLEY, micrófono y simulación .................... 115
4.2.2 Procesado de información ................................................................... 118
4.3 Implementación del software de la interfaz gráfica ....... 119
4.3.1 Descripción del sistema ....... 119
4.3.2 Programación del software .................................................................. 136





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