Desarrollo de un sistema de adquisición y medición simultáneo de señales de máquinas rotativas empleando emisión acústica, vibraciones mecánicas y velocidad

Abstract

La presente tesis está enfocada en el desarrollo de un sistema de adquisición de diferentes tipos de señales como vibración mecánica, emisión acústica y velocidad para su utilización en el laboratorio de máquinas rotativas de la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. El sistema permite el monitoreo de condición de una maquina rotativa con la posibilidad de generar un conjunto de bases de datos para el desarrollo de metodologías de análisis orientadas al diagnóstico del estado de la máquina. El sistema brinda la versatilidad suficiente para emplear diferentes tipos de sensores y debido a su carácter modular permite una escalabilidad según los requerimientos y procesos que se quieran medir en una maquina rotativa en general. Dentro de los módulos implementados se encuentran los siguientes: i) un módulo de vibraciones, el cual cuenta con 5 canales de adquisición simultáneos; ii) un módulo de emisión acústica con 3 canales para sensores que operan en 3 rangos diferentes de frecuencia; iii) un módulo de sonido de 1 canal para la conexión de micrófono de precisión y adquisición de señales de vibración a través de ondas sonoras; y por último, iv) un módulo de velocidad para la captura del patrón frecuencia de giro del eje de la máquina. El conjunto completo de señales adquiridas es transmitido a una plataforma de desarrollo (FPGA, DSP, Microcontrolador, entre otros), empleando un protocolo de transmisión SPI, de manera que el transporte y almacenamiento de los datos se pueda dar bajo un mismo proceso. El desarrollo de este sistema forma parte del proyecto de investigación titulado Sistema autónomo de monitoreo de vibraciones para el diagnóstico de fallas no estacionarias en máquinas rotativas

Abstract : This thesis is focused in an acquisition system development for several signal types such as mechanical vibration, acoustic emission and speed. The system will be used in laboratory of rotating machines at Universidad Nacional de Colombia - Manizales and allows the condition monitoring of a rotating machine generating a database sets in order to develop different methodologies oriented to machine diagnostic. The system gives an enough versatility to employ several types of sensors and its modular style provides a scalability according with the process requirements that will be monitored. Implemented modules are as follows: i) a vibration module that has 5 simultaneous acquisition channels; ii) an acoustic emission module with 3 channels for different sensors that operate in distinct spectral ranges; iii) a sound module with 1 channel that connects a precision microphone and acquires a vibration signal from sound waves; and finally, iv) a speed module that captures the rotational shaft frequency from the machine. The overall set of measurements is transmitted to a development device (FPGA, DSP, Micro-controller, etc), employing a SPI transmission protocol that allows, under a same frame, the data transport and storage. This development was carry out under a research project entitled "Sistema autónomo de monitoreo de vibraciones para el diagnóstico de fallas no estacionarias en máquinas rotativas"