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banco de pruebas para el análisis de cavitación en una bomba

1. 6 Sciob DCS 6 Sl rs 6 DL Installation A oi 7 52 ln Line Differential Preamplifiers Ib X X 8 LA DESC A 8 5 2 2 Specifications 8 3 2 9 Standard nr li cis 8 3 2 4 Installation and Operation tdi di 9 5 3 In Line Single Ended Preamplifiers IL 40S esesesesesssssssssessseeeeeeeeee nennen nennen 9 5 3 1 Description 9 5 3 2 Specifications 9 5 3 3 Features 9 msala omand Ope o AAA O 10 Sd AZ Cate A O 10 5 4 1 IntroductiontoChargePreamplifiers 10 342 1222 PreampDes crip OM teu od o iia bec seasestianes 10 5 4 3 Specifications 11 Installation and ODpetaltOft She o litio 11 NI AZ NA and LIT Preamp A 11 A mre rar tes 11 5 5 2 Specifications 12 3 99 ES O SR 12 525 4 Installation and INEA 12 5 6 122 7 WT Hugh Temperature Preamplifier ds 12 9 6 Pc 12 5 6 2 Specifications 12 3 5 1220 1220 iiie S IS 13 5 7 1 Specifications of the 1220 Series Preamplifiers 14 23 7 2 1220 Preamipliiter Description eet sect deus tix ev 14 25 7 5 Preariphlinieriastallation and Operation a 17 94 5 1 T220 Series F
2. 4 2 1 Acoplador Un acoplador es cualquier material que facilita la transmision de las ondas acusticas entre dos superficies El agua es acoplante El modo m s pr ctico y lo reglamentario para usar el acoplador es utilizar una capa delgada de cualquier fluido viscoso que se adiciona en ambas superficies El sensor debe tener un poco de presi n contra la superficie El secreto es utilizar una capa tan delgada como sea posible En la figura 27 se muestran unos pocos acopladores de uso general junto con el rango de temperatura donde pueden ser utilizados Figura 27 Tipos de acopladores some Common Acoustic Emission Couplants and the Approximate Temperature Range Where They Can Be Used Dow Corning V 9 resin 40 to 100 C High vacuum stop cock grease 40 F to 200 C Ultrasonic couplants room temperature Petroleum grease room temperature Water 1 to 99 C Dow Corning 200 fluid 273 C to 70 C and 30 C to 200 C Salol 40 C to 40 C Nonag stop cock grease 273 C to 100 C Dental cement OF to 50 C 30 Indium 5075 Galium mixture 20 to 700 C Fuente AE Sensors amp Preamplifiers Users Manual 4 3 PREAMPLIFICADOR INTEGRAL DEL SENSOR El sensor contiene un preamplificador integrado el cual representan un avance significativo para el mbito de la emisi n ac stica EA conectado una entrada FET de bajo nivel de ruido y un preamplificador de 40 dB Este sensor con preamplificador integrando elimina la nec
3. A Cristian Gelvez Blanco por su respaldo incondicional por sus palabras por creer en m a pesar de los caminos que nos toca recorrer A Alfonso Garc a Castro ingeniero mec nico director del proyecto y amigo por su respaldo confianza y colaboraci n oportuna A Jabid Quiroga Mendez ingeniero mec nico codirector del proyecto y amigo por su respaldo confianza y colaboraci n oportuna A Silvia Oviedo Castillo ingeniera electr nica por su respaldo confianza y colaboraci n oportuna A mis amigos que durante el pregrado me apoyaron en todo momento y junto a ellos aprendimos el verdadero significado de la amistad sin nimo de hermandad Diego Roberto Gelvez D az AGRADECIMIENTOS A mi madre Yolanda y mi padre Ramon por su apoyo esfuerzo y dedicacion incondicional por estar siempre presentes en mi vida guiandome con amor paciencia y sabidur a A mi hermano Nelson por su colaboraci n lealtad confianza y afecto A mi abuela Carmen por su afecto acogida y apoyo en mi formaci n como persona y profesional A mi abuelo Ram n por su afecto acogida y apoyo en mi formaci n como persona y profesional que en paz descanse A Alfonso Garc a Castro Ingeniero Mec nico director del proyecto y amigo por su respaldo confianza y colaboraci n oportuna A Jabid Quiroga M ndez Ingeniero Mec nico codirector del proyecto y amigo por su respaldo confianza y colaboraci n oportuna A Silvia O
4. 1 Formaci n de Burbujas Las burbujas se forman dentro del l quido cuando este se vaporiza Esto es cuando cambia desde la fase liquida a la de vapor 2 Crecimiento de las Burbujas Si no se produce ning n cambio en las condiciones de operaci n se seguir n formando burbujas nuevas y las viejas seguir n creciendo en tama o Luego ser n arrastradas por el l quido desde el ojo del impulsor hacia los labes y la periferia del impulsor Debido a la rotaci n del impulsor las burbujas adquieren alta velocidad y se desplazan hacia las regiones de alta presi n dentro del impulsor donde empiezan a colapsar 3 Colapso de las Burbujas A medida que las burbujas se desplazan la presi n que las rodea va aumentando hasta que llegan a un punto donde la presi n exterior es mayor que la interior y las burbujas colapsan El proceso es una implosi n Cientos de burbujas colapsan en aproximadamente el mismo punto de cada labes Las burbujas no colapsan sim tricamente de modo que el l quido que las rodea se precipita a llenar el hueco produciendo un micro jet Subsecuentemente los micro jet rompen las burbujas con tal fuerza que produce una acci n de martilleo El martilleo altamente focalizado puede producir desprendimiento de material socavaciones en el impulsor La siguiente es una descripci n detallada de los s ntomas m s comunes de la cavitaci n 9 e Reducci n de la capacidad de bombeo Las burbujas
5. Diego Roberto Gelvez D az 7 Jhony Alexander Martelo Parada PALABRAS CLAVES Cavitaci n NSPHr NSPHd Acustica DESCRIPCION El objetivo de este proyecto es dotar a la escuela de Ingenieria Mecanica de la Universidad Industrial de Santander de un banco de pruebas que permita utilizarse como complemento de la asignatura de vibraciones y turbo m quinas hidr ulicas Banco de pruebas para el an lisis de cavitaci n en una bomba centr fuga mediante el an lisis de emisiones ac sticas El banco de pruebas se dise y se calcul bajo las teor as de falla diagrama de Moody ecuaci n de Coolebroocky ayuda de herramientas computacionales para la iteraci n y c lculos del comportamiento del fluido de trabajo y la onda de estudio resultado de la cavitaci n en la bomba centr fuga Los resultados de este proyecto se muestran en un s ntesis sobre el fen meno en estudio adem s se deja un banco que permite conocer y estudiar el fen meno de cavitaci n por medio de un sensor piezoel ctrico y un sistema de adquisici n de datos que transforman este fen meno en una se al que permite ver el comportamiento a diferentes niveles m nimo a m ximo logrados por medio de una bomba de vac o y una v lvula reguladora de caudal tambi n se puede estudiar la cavitaci n y comprender de una manera m s directa el perjuicio de este fen meno en una bomba centr fuga por medio de los man metros y bar metro Trabajo de grado Facultad de
6. a Una tuber a de aspiraci n que concluye pr cticamente en la brida de aspiraci n o en muchos casos una conexi n roscada b El impulsor o rodete formado por un conjunto de labes que pueden adoptar diversas formas seg n la misi n a que vaya a ser destinada la bomba los cuales giran dentro de una carcasa circular El rodete es accionado por un motor y va unido solidariamente al eje siendo la parte m vil de la bomba El l quido penetra axialmente por la tuber a de aspiraci n hasta la entrada del rodete experimentando un cambio de direcci n m s o menos brusco pasando a radial en las centr fugas o permaneciendo axial en las axiales aceler ndose y absorbiendo un trabajo http www scribd com doc 6057846 Bombas Centrifugas 22 Los alabes del rodete someten a las particulas de liquido a un movimiento de rotacion muy rapido siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrifuga creando una altura dinamica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad aumentando tambien su presion en el impulsor segun la distancia al eje La elevacion del liquido se produce por la reaccion entre este y el rodete sometido al movimiento de rotaci n c La voluta es un rgano fijo que est dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete a su salida de tal manera que la separaci n entre ella y el rodete es m nima en la parte superior y va aumentando hasta que las part culas l quidas se
7. Objetivos e Obtener el espectro de las emisiones ac sticas generado por la cavitaci n en estado incipiente y cavitaci n total e Obtener el valor de AP en el cual se presenta la cavitaci n incipiente e Obtener un criterio cuantitativo que permita detectar cuando se est presentando dicho fen meno como criterio para mantenimiento predictivo en bombas centr fugas Realizaci n de la pr ctica Para realizar un ensayo de Cavitaci n de una bomba se necesita medir e Presi n manom trica salida de la bomba centr fuga pd e Presi n de succi n a la entrada de la bomba centr fuga ps e Presi n de vac o en el dep sito pv e Curva de la bomba El banco se encuentra dise ado de tal forma en el cual se puedan realizar infinidad de escenarios pero para este caso s lo se tomaran los descritos a continuaci n Se mide la presi n de entrada y salida de la bomba en el man metro y el vacu metro dispuesto para ello El caudal lo tomamos de la curva de la bomba entrando con el AP y la presi n de vac o con un vacu metro dispuesto en el dep sito del sistema 72 El caudal se regula con la v lvula de globo y la presi n de vaci pv sevariacon la v lvula de admisi n de aire ver figura 2 del anexo D Los di metro de las tuber as son D 1in La entrada de agua al dep sito est situada por debajo del nivel de agua de forma que se evite la formaci n adicional de burbujas que puedan falsear la medida Figura 3
8. Shock gt 5G 5 20 msec Electrical Specifications 47 C to 175 C 50 F 350 F e GainSelectable 20 dB 1 dB e Bandwidth 3dB lt 40kHz to gt 1 2 MHZ e Input Impedance 10kQ 15pF Voltage Required at Power Signal Connector 18 24 VDC In normal ambient temperature environment Recommended Operating Voltage 22 23 VDC For maximum dynamic range over full temperature Operating Current lt 35 mA With Pulse through relay Dynamic Range Output Voltage SOQload Noise w R15 RMS rti 75 dB Utilizing an R15 Sensor 80 dB 50 Input 2Vpp into 50 lt 75 uV 20 C 68 F 107 Physical Specifications Length Diameter 4 25 inches 10 8 cm Bandwidth 0 75 inches 1 9 cm Weight 0 16 lbs 73 grams Connector SMA type 5 7 1220A 1220B 1220C Preamplifiers The Physical Acoustics 1220X Series is a versatile line of low noise cost effective preamplifiers They were developed for use with Acoustic Emission AE systems in production and laboratory applications and their circuits were designed with the latest in low noise and high reliability components The preamplifier gains its versatility by allowing the user to select high pass low pass or bandpass filters single ended or differential input 40 dB or 60 dB gain and choice of three output power configurations The 1220A output and power is supplied by a single conductor 50 Ohm coaxial cable with a BNC connector PAC Model 1234 The 28 VDC ope
9. a couplant then is to insure good contact between two surfaces on a microscopic level A couplant is any material which aids the transmittal of acoustic waves between two surfaces while a bond is a couplant which physically holds the sensor to the surface Water is couplant and cured epoxy resin is a bond Many problems have come about from using a bond in an inapplicable way If a rigid bond is used to attach a sensor to a sample which elastically deforms during the test the normal result is a broken bond and poor or no sensitivity to the acoustic wave Similarly in an experiment where the temperature is changed appreciably the use of a rigid bonding material can lead to broken bonds due to differential thermal expansion between the sensor and the sample Bonding agents then must be chosen with great care and the primary emphasis must be put upon the compatibility of the materials under the test conditions Usually if the bond will hold the sensor on it will be an adequate couplant For a compressional wave any fluid will act as a couplant A highly viscous fluid will transfer some shear stress across the boundary which may or may not be an advantage The most practical rule is to use as a couplant a thin layer of any viscous fluid which wets both surfaces The sensor should be held against the surface with some pressure furnished by magnets springs tape rubber bands etc The secret is to use as thin a layer as possible If a rigid bond is us
10. aplicaciones qu micas f sicas y biol gicas en procesos en ensayos no destructivos de estructuras reforzadas y materiales en mecanizado de materiales aviones etc 2 7 Las fallas en m quinas rotativas se generan por crecimiento de grietas impactos fricci n desgaste etc Estos mecanismos producen senales de ondas el sticas Estas ondas se propagan a trav s de la estructura de la m quina Los sensores ac sticos tiene la capacidad y el potencial para detectar fallas en las frecuencias de alto rango de 100 KHz a 1MHz 6 8 En este articulo se implementa un sistema para detectar el fen meno de cavitaci n con EA a una bomba centrifuga de 1 2 hp simulando cuatro escenarios este esquema de monitoreo permite predecir de una forma no invasiva el estado de la bomba en cuanto al fenomeno de cavitacion para lo cual se adecua un banco de pruebas 134 2 MARCO TEORICO CAVITACION La cavitacion tiene un efecto realmente destructivo llamado corrosi n por cavitaci n en la estructura de la bomba centr fuga Entre las caracter sticas de una bomba centr fuga que ha sufrido da os por cavitaci n puede destacarse la erosi n de los impulsores de la bomba centr fuga la cual se da a tal grado que las paredes del mismo pueden llegar a alcanzar el espesor de un papel e inclusive presentar grandes perforaciones con bordes muy afilados El fen meno de la cavitaci n es un proceso progresivo de varias etapas
11. encuentran frente a la abertura de impulsi n Su misi n es la de recoger el l quido que abandona el rodete a gran velocidad cambiar la direcci n de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsi n de la bomba La voluta es tambi n un transformador de energ a ya que frena la velocidad del l quido transformando parte de la energ a din mica creada en el rodete en energ a de presi n que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta presi n que se suma a la alcanzada por el l quido en el rodete En algunas bombas existe a la salida del rodete una corona directriz de labes que gu a el l quido antes de introducirlo en la voluta d Una tuber a de impulsi n instalada a la salida de la voluta por la que el l quido es evacuado a la presi n y velocidad creadas en la bomba Estos son en general los componentes de una bomba centr fuga aunque existen distintos tipos y variantes La estructura de las bombas centr fugas es an loga a la de las turbinas hidr ulicas salvo que el proceso energ tico es inverso en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidr ulico para generar una velocidad de rotaci n en la rueda mientras que en las bombas centr fugas la velocidad 23 comunicada por el rodete al l quido se transforma en parte en presi n lograndose asi su desplazamiento y posterior elevacion 1 1 NET POSITIVE SUCTION HEAD NSPH El t rmino m s com n para describir las
12. no hay estructuras sobre esforzadas En efecto para que una inspecci n de Emisi n Ac stica sea exitosa se debe tener cuidado para esforzar la estructura http www tecnomundoonline com index php los institutos mecanicos 39 La concentracion de esfuerzos creada por los defectos producira una cedencia de esfuerzos localizada que es detectada por los sensores Como cada tipo de defectos tiene un factor de concentracion de esfuerzos diferentes asociados a ellos algunos emitiran emisiones acusticas a niveles mas bajos que otros entonces son mas facil es de detectarlos Las ventajas de las EMISIONES ACUSTICAS como herramienta clave para monitorear una maquina rotodinamica para localizar zonas de alta actividad de energia asociadas a fallas que solo se pueden detectar en linea e Detecta fallas que solo se manifiestan con el equipo energizado y en situaciones de alta o baja carga e Se pueden filtrar ruidos ambiente y normales de operacion e Se obtiene la posici n de la falla e Se pueden analizar unidades cr ticas que requieran un monitoreo continuo e Se puede determinar la intensidad de la falla y su tendencia El espectro de la figura 9 es un ejemplo de ruido de alta frecuencia de banda ancha indica que ocurre una falla cavitaci n debido a una baja presi n de entrada 40 Figura 9 Espectro acustico de una bomba con cavitacion CPM X 1000 y Fuente http www dliengineering com vibman spanish bombasc
13. o de Salas de conciertos auditorios teatros estudios de grabaci n iglesias salas de reuniones salones de clases etc Ingenier a ac stica Estudia el dise o y utilizaci n de transductores e instrumentos de medici n de sonido Incluye la instrumentaci n para diagn stico m dico s smico grabaci n y reproducci n de voz y m sica Una rama de la ingenier a ac stica es la electroac stica la cual trata con micr fonos y altavoces 34 gt Acustica musical Combina elementos de arte y de ciencia al incluir el dise o de instrumentos el uso de sistemas de grabaciones la modificaci n electr nica de la m sica con el estudio de su percepci n Su campo de trabajo est en la Industria de la grabaci n de m sica y cine y en la Industria de la construcci n de instrumentos A esta rea pertenece el llamado ingeniero de sonido gt Control de ruido y vibraciones Esta rea cobra cada vez mayor importancia dado el aumento en el reconocimiento del ruido como un factor de contaminaci n que afecta seriamente la salud Su campo de trabajo est en las f bricas en los organismos de control gubernamental y en asesor as a los arquitectos Tambi n tiene un campo importante en el mantenimiento preventivo de maquinarias mediante el an lisis de sus vibraciones gt Bioac stica y ac stica m dica Estudia la interacci n entre las ondas sonoras y los cuerpos humanos y animales Se ha desarrollado enormemente el uso de
14. se tiene nc f l 29 D Ecu 3 De acuerdo a la figura 20 la sumatoria de longitudes de tuberia tanto del sistema de tuberias como la de los accesorios en metros quedaria de la siguiente forma 51 Ltot sist 1 44 m Figura 19 Banco de cavitacion Fuente Autores 52 Figura 20 Longitudes mm de los tramos del sistema de Tuberias Vista lateral Fuente Autores La sumatoria de longitudes equivalentes Lequi va referida a los accesorios del sistema de tuberias es decir valvulas codos etc Luego para el sistema de tuber as representado en la figura 20 y utilizando la tabla de valores del anexo E se tiene Entrada com n Lequi 2m cantidad de entradas 1 V lvula de bola Lequi 0 366m cantidad de v lvulas de bola 3 Codo curva brusca Lequi 2 042m cantidad de codos curva brusca 3 Uni n universal Lequi 0 25m cantidad de uniones universales 3 Tee Lequi 1 432m cantidad de T 2 V lvula de globo Lequi 4m cantidad de v lvulas de globo 1 53 Salida Lequi 0 5m cantidad de salidas 1 Por lo tanto la sumatoria longitudes equivalentes en el sistema de tuberias ytramo de la placa orificio quedar a de la siguiente forma 2Lequi sist 2 3 0 366 3 2 042 3 0 25 2 1 432 4 0 5 m Ahora para obtener el t rmino izquierdo de la ecu 3 se utiliza la tabla 2 que describe el comportamiento de la bomba figura 21 Y con ayuda de MICROSO
15. 20 KHz aproximadamente Los ultrasonidos son utilizados para tanto en aplicaciones industriales medici n de distancias caracterizaci n interna de materiales ensayos no destructivos y otros como en medicina ver por ejemplo ecograf a fisioterapia ultrasonoterapia En el campo medico se les llama a equipos de ultrasonido a dispositivos tales como el doppler fetal el cual utiliza ondas de ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar la frecuencia cardiaca fetal dentro del vientre materno Tambi n son utilizados como repelentes para insectos Hay varias aplicaciones para computadoras y celulares las cuales reproducen una onda ac stica como fue explicado anteriormente la cual molesta a los insectos en especial a los mosquitos 97 2 1 1 4 Microsonidos Se definen los microsonidos como las vibraciones de presi n cuya frecuencia se encuentra entra 500 MHz y 1 THz Figura 7 Rango de frecuencias de las emisiones ac sticas 1 THz lt gt Microsonidos LL LL 500 MHz LL A S Ultrasonidos Z m 20 KHz Sonidos audibles 15 Hz Infrasonidos Fuente Autores 2 2 ELECTROAC STICA En una cadena de reproducci n y grabaci n sonora se trabaja con se ales el ctricas que representan sonidos Estos sonidos son variaciones de presi n que tienen que ser convertidas en se ales el ctricas antes de entrar en la cadena de sonido y posteriormente al ser reproducidos rea de la ingenier
16. AUTORIZACI N DE SU USO A FAVOR DE LA UIS Nosotros Diego Roberto Gelvez D az y Jhony Alexander Martelo Parada mayores de edad vecinos de Bucaramanga identificados con las C dulas de Ciudadan a No 91532298 de Bucaramanga y No 91514808 de Bucaramanga actuando en nombre propio en nuestra calidad de autores del trabajo de grado del trabajo de investigaci n o de la tesis denominada o BANCO DE PRUEBAS PARA EL AN LISIS DE CAVITACI N EN UNA BOMBA CENTR FUGA MEDIANTE EL AN LISIS DE EMISIONES ACUSTICAS hacemos entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso en formato digital o electr nico CD o DVD y autorizamos a LA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER para que en los t rminos establecidos en la Ley 23 de 1982 Ley 44 de 1993 decisi n Andina 351 de 1993 Decreto 460 de 1995 y dem s normas generales sobre la materia utilice y use en todas sus formas los derechos patrimoniales de reproducci n comunicaci n p blica transformaci n y distribuci n alquiler pr stamo p blico e importaci n que nos correspondan como creadores de la obra objeto del presente documento PAR GRAFO La presente autorizaci n se hace extensiva no s lo a las facultades y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material sino tambi n para formato virtual electr nico digital ptico uso en red Internet extranet intranet etc y en general para cualquier formato conocido o por conocer LOS AUTORES ESTUDIANTES
17. Fuente Autores L Alfayez D Mba G Dyson The application of acoustic emission for detecting incipient cavitations and the best efficiency point of a 60 kW centrifugal pump 82 Se encontro frecuencias entre 200 KHz y 400 KHz se muestra un comportamiento aleatorio se observa un crecimiento proporcional del RMS excepto en el caso de cavitaci n por encima de la incipiente igual que el primer caso 5 2 4 An lisis de los datos caso 4 Figura 40 Esquema ac stico caso 4 Espectro de la se al Normal X 2 504E5 i Cav Incipiente Cavitacion Cav Severa X 2 504E5 Y 0 4701 Amplitud Y f 2 25 3 35 4 Frecuencia Hz x10 Fuente Autores Tabla 13 Valores RMS caso 4 ESTADO 0 0096 0 0097 0 00151 0 0391 Fuente Autores SL Alfayez D Mba G Dyson The application of acoustic emission for detecting incipient cavitations and the best efficiency point of a 60 kW centrifugal pump 63 En el ultimo caso se tiene un intervalo de frecuencias entre 150 KHz y 400 KHz con picos de amplitudes considerables comparadas con los casos anteriores es bueno resaltar que el sensor utilizado presenta mayor estabilidad con frecuencias por encima de 200 KHz se puede concluir que la energia espectral en el rango establecido para la deteccion aumenta en la medida que el caudal de la bomba se reduce 84 CONCLUSIONES Los resultados del analisis de las emisione
18. a conocida como electroac stica El primer dispositivo al que hacemos referencia es el micr fono mientras que la conversi n de la se al el ctrica a sonido se realiza con la ayuda del altavoz Un dispositivo que realiza esta transformaci n de magnitud f sica a una magnitud el ctrica es lo que se denomina un transductor Los transductores 38 electroacusticos mas tipicos dentro del mundo de la audiofrecuencia son los micr fonos que convierten ondas de presi n sonora en se ales el ctricas y los altavoces que convierten se ales el ctricas en ondas de presi n sonora 2 3 EMISIONES AC STICAS GENERADAS POR LA CAVITACI N Las bombas centr fugas siempre tienen un componente de vibraci n importante en la frecuencia de paso de labes que es igual al n mero de labes de la impulsora por las RPM Si la amplitud se incrementa de manera significativa eso por lo general quiere decir que hay un problema interno como una desalineaci n o da o en los labes o cavitaci n Los arm nicos del paso de labes tambi n son comunes en estas bombas Figura 8 Localizaci n del ruido ocasionado por diferentes factores Fuente http www dliengineering com vibman spanish bombascentrfugas htm Las Emisiones Ac sticas son un fen meno relacionado con esfuerzos En orden de detectar las discontinuidades y danos en los equipos la t cnica debe aplicarse cuando el equipo es esforzado El no puede detectar problemas en reas donde
19. choque con presiones del orden de 104 atm sferas El sonido de la cavitaci n puede describirse como algo similar a peque as part culas duras chocando o rebotando r pidamente en el interior de una bomba o v lvula Se usan varios t rminos para describirlo traqueteo golpeteo crepitaci n etc El ruido de una bomba cavitando va desde el golpeteo grave y uniforme como sobre una puerta hasta una crepitaci n aguda y err tica similar a un impacto met lico El ruido de cavitaci n pude confundirse f cilmente con el de un rodamiento en mal estado La vibraci n se debe al efecto de cargas disparejas actuando sobre el impulsor y que son generadas por una mezcla no uniforme de l quido y vapor as como por las ondas de choque por el colapso de las burbujas La formaci n y colapso de las burbujas se alternar peri dicamente con la frecuencia resultante de la velocidad y numero de labes La vibraci n excesiva por cavitaci n com nmente produce fallas en los sellos y o rodamientos Este es el modo de falla m s probable en una bomba cavitando EMISIONES AC STICAS La Emisi n Ac stica EA es la clase de fen meno que genera ondas el sticas transitorias por la liberaci n r pida de energ a a partir de fuentes localizadas o las ondas transitorias generadas de este modo Todos los materiales producen emisiones acusticas ya sea debido a cargas mec nicas fugas cavitaci n creaci n y propagaci n de fisuras dura
20. impulsa la l nea de investigaci n en el rea de inspecci n y mantenimiento predictivo dejando abierta la posibilidad de futuras investigaciones 86 RECOMENDACIONES e Se recomienda utilizar grasa pasta dental o gel entre el sensor y la superficie de contacto bomba para homogenizar el contacto y mejorar la captaci n de la emisi n ac stica e Se recomienda no utilizar simult neamente de otro equipo o accesorio que se encuentre conectado en la misma fase de los equipos utilizados para la realizaci n de la pr ctica ya que hace variar el espectro significativamente e Se recomienda tomar el espectro despu s de que el sistema se estabilice es decir despu s de variar la presi n del dep sito esperar que el flujo se normalice e Se recomienda tener mucho cuidado con el manejo del sensor evitarse los golpes ca das choques mantener el sensor limpio y resguardado en su respectiva caja pl stica tambi n hay que tener mucho cuidado con el cable coaxial del sensor tener siempre presente de no pisarlo quebrarlo o romperlo ya que un buen funcionamiento del sensor depende del estado optimo del cable coaxial 87 BIBLIOGRAFIA CRANE Division de Ingenieria Flujo de Fluidos en Valvulas Accesorios y Tuber as Mc Graw Hill 1992 D AZ F Luis Eduardo MUSTAF l Yamal RIOS A Luis Guillermo Construcci n y puesta en marcha de un banco de cavitaci n para bombas centr fugas peque as Scientia et Techn
21. letra y n mero CREDITOS A 5 0 CINCO COMA CERO 8 DIRECTOR DEL PROYECTO E31 Spegnere AM Vt ALFONSO GARCIA CASTRO f CALIPICADORES D A PME AAA Origi al Oficiha de Admisiones y Contabilidad Acad mica Copias Coordinaci n de Carrera Bucaramanga 26 de julio del 2 010 NOTA DEL PROYECTO DE GRADO JHONY ALEXANDER MARTELO PARADA 2006931 TITULO DEL PROYECTO BANCO DE PRUEBAS PARA EL ANALISIS DE CAVITACION EN UNA BOMBA CENTRIFUGA MEDIANTE EL ANALISIS DE EMISIONES ACUSTICAS CALIFICACION letra y n mero A APROBADO DIRECTOR DEL PROYECTO NOMBRE eA GARCJA CASTRO aa Ingenier as FisicoMecanicas Ingenieria Mecanica NOTA DEL PROYECTO DE GRADO JHONY ALEXANDER MARTELO PARADA 2006931 TITULO DEL PROYECTO BANCO DE PRUEBAS PARA EL AN LISIS DE CAVITACI N EN UNA BOMBA CENTR FUGA MEDIANTE EL AN LISIS DE EMISIONES AC STICAS Ingenier as FisicoMec nicas Ingenier a Mec nica CALIFICACION letra y n mero CREDITOS A 5 0 CINCO COMA CERO 8 DIRECTOR DEL PROYECTO E31 Spegnere AM Vt ALFONSO GARCIA CASTRO f CALIPICADORES D A PME AAA Origi al Oficiha de Admisiones y Contabilidad Acad mica Copias Coordinaci n de Carrera Bucaramanga 26 de julio del 2 010 ENTREGA DE TRABAJOS DE GRADO TRABAJOS DE INVESTIGACION O TESIS Y
22. los siguientes datos in ciales 74 Tabla 5 Datos iniciales para el desarrollo del laboratorio p 100 Kgm G 981 fus PV 367 Kpa A 0 00050671 m f 0009 D 0054 m Lequ 14633 m Fuente Autores Los datos obtenidos se registraran en las siguientes tablas Cavitacion Incipiente Cavitacion Caso 1 Caudal nominal al 100 Tabla 6 Datos de la practica caso 1 96526 6 43329 8 14 2565 13332 2 0 9 317 ETA 56662 PE PEE PETER H 3 13 874 m Fuente Autores 79 Caso 2 Caudal nominal al 95 40 gpm Tabla 7 Datos de la practica caso 2 NES NL 99974 38663 5 14 1323 13332 2 0 94442 5842 3 58661 9 13 7109 33330 6 0 97344 AEE 1994 Js E 6662 o 57674 H 3 13 3467 m Fuente Autores Caso 3 Caudal nominal al 83 35 gpm Tabla 8 Datos de la pr ctica caso 3 117211 34663 8 15 4816 13332 2 0 96441 110316 41329 9 15 4583 19998 4 0 96586 99974 47996 1 15 0836 26664 5 0 98985 89631 8 54662 2 14 7089 33330 6 1 01507 82737 1 HEP E I ZEE EE nn 01668 H 3 14 9306 m Fuente Autores 76 Caso 4 Caudal nominal al 60 25 gpm Tabla 9 Datos de la practica caso 4 EL LL MM p 151685 19998 4 17 5008 13332 2 0 96626 141343 26664 5 17 1261 19998 4 0 9874 134448 33997 2 17 1707 26664 5 0 98483 124106 41329 9 16 864 33330 6 1 00275 a MEN MEE EE E 00413 H 3 16 9
23. manifiestan que la obra objeto de la presente autorizaci n es original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autor de terceros por lo tanto la obra es de su exclusiva autor a y detenta la titularidad sobre la misma PAR GRAFO En caso de presentarse cualquier reclamaci n o acci n por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuesti n EL AUTOR ESTUDIANTE asumir toda la responsabilidad y saldr en defensa de los derechos aqu autorizados para todos los efectos la Universidad actua como un tercero de buena fe Para constancia se firma el presente documento en dos 02 ejemplares del mismo valor y tenor en Bucaramanga a los 21 d as del mes de Octubre de Dos Mil Diez 2010 ome AUTO ESL SIA TES Lat LIA MER TIO f ff J LT LI ce pn ombre Diego R Gelvez Diaz DEDICATORIA A Dios Por habernos permitido llegar hasta este punto y habernos dado salud para lograr nuestros objetivos ademas de su infinita bondad y amor A nuestros padres A nuestros hermanos A mis hijos A nuestra familia A nuestros amigos A Ramon Martelo Payares que en Paz descanse A Henrry Leandro Prada Suarez que en Paz descanse Diego Roberto Gelvez Diaz Jhony Alexander Martelo Parada AGRADECIMIENTOS A mi padre Roberto mi madre Noralba por su apoyo esfuerzo y dedicacion incondicional por estar siempre presentes en mi vida guiandome con amor paciencia y sabidur a
24. minimum loss at the transducer material interface The required intimate mechanical contact is achieved on flat surfaces by mechanical clamping using thin films of grease oil or epoxy adhesive between the transducer and the material In general the problem of coupling is much more severe for shear wave observation because the coupling medium must be sufficiently viscous to support the shear motion Though it appears that a piezoelectric transducer properly coupled to a specimen should be an ideal sensor for acoustic emission work there are some important limitations Though the theory of piezoelectricity accurately relates the output voltage of a piezoelectric material to the stress on its free surface complications arise when the transducer is coupled to a real material The tightly coupled material changes the mechanical boundary conditions that existed at the previously free surface of the transducer Hence the displacement and stress at the transducer are quite dfferent from their values in the absence of the material The very complicated interaction between the transducer and what it is trying to measure has made it difficult to relate the transducer output voltage exactly to what is happening within the sample If the acoustic wave is not a plane wave further complications arise because of the variation in phase over the transducer surface While these problems of the piezoelectric transducer have been troublesome in basic research aimed at tryi
25. ocupan un volumen que reduce el espacio disponible para el l quido y esto disminuye la capacidad de bombeo Si la generaci n de burbujas en el ojo del impulsor es suficientemente grande la bomba se puede ahogar y quedar sin nada de succi n con una reducci n total del flujo La formaci n y colapso de las burbujas es desigual y disparejo esto genera fluctuaciones en el flujo y el bombeo se produce en chorros intermitentes Este s ntoma es comun a todos los tipos de cavitaci n e Disminuci n en la generaci n de cabeza A diferencia de los l quidos las burbujas son compresibles La cabeza desarrollada por la bomba disminuye dr sticamente debido a que se gasta energ a en aumentar la velocidad del l quido empleado en llenar las cavidades que dejan las burbujas colapsadas Lo mismo que la reducci n en capacidad este s ntoma es comun a todos los tipos de cavitaci n 135 Por lo tanto el efecto hidraulico de la cavitacion en una bomba es que su funcionamiento cae fuera de la curva de desempeno esperada produciendo una cabeza y fluo mas bajo que el correspondiente a su condici n normal de operaci n e Vibraci n y Ruido anormal El desplazamiento de las burbujas a muy alta velocidad desde el rea de baja presi n hacia una zona de alta presi n y el subsiguiente colapso crea ondas de choque que producen ruidos y vibraciones anormales Se estima que durante el colapso de las burbujas se desarrollan ondas de
26. que requieran un monitoreo continuo e Se puede determinar la intensidad de la falla y su tendencia 3 EXPERIMENTACION Para el estudio del fen meno de cavitaci n y su relaci n con la activaci n de algunas frecuencias en la se al de emisiones ac stica se dise a un banco que est compuesto por una bomba centrifuga de 1 2 hp un cilindro de 30L de capacidad adecuado para abastecer la bomba centr fuga tanque y soportar presi n de vac o una bomba de vac o de hp un sensor piezoel ctrico un osciloscopio y un computador para el an lisis de los datos En la figura 1 se muestra el banco con todas sus partes Figura 1 Banco de Cavitaci n 5 Para la captaci n de la se al se utiliza un sensor que contiene un preamplificador integrando conectado una entrada FET de bajo nivel de ruido y un preamplificador de 40 dB Para el procesamiento de la senal se utilizara un osciloscopio con una frecuencia de muestreo de 25 MHz el cual permite capturar la sefial del sensor proveniente del desacoplador y llevarla a un computador para su an lisis en Matlab como se muestra en la figura 2 Figura 2 Esquema para captura y procesamiento de senal CARCASA BOMBA DESACOPLADOR SENSOR DE SE AL MATLAB OSCILOSCOPIO COMPUTADOR ANALISIS DE DATOS El osciloscopio permite guardar datos de la se al Para el an lisis con Matlab s lo se requerir de los datos de la se al los cuales se e
27. resistencia Potencia de hp marca Barnes modelo EC 205 Anexo A Cat logo Barnes Barnes de Colombia s a 44 Tabla 3 Comportamiento de la bomba L 20 16 5 55 0 40 90 15 Fuente Autores Esta bomba esta fija por pernos al soporte destinada para ella Tanto en la aspiraci n como en la salida de la bomba los di metros son de 1 1 4 En la entrada y en la salida de la bomba est n unidos unos tramos de tuber as en las cuales van puestos los man metros y las uniones universales que conecta la bomba a todo el sistema de tuber as 3 1 3 Dep sito El dep sito est constituido de cinco agujeros figura 12 dos de 2 con las cuales se controla el nivel y el vaciado uno para la descarga de 1 y otro para la succi n de 1 Por ltimo en la parte superior del dep sito esta la conexi n a la bomba de vac o el cual es una rosca de 3 8 npt 45 Figura 13 Esquema del Deposito del banco Fuente Autores Figura 14 Dep sito m Fuente Autores 46 3 1 4 Sistema de tuberias En el proyecto se contemplo utilizar tuber a de di metro nominal de 1 de PVC de alta resistencia figura 15 y figura 16 Este sistema en la salida del dep sito se tiene una v lvula de bola seguida por tramo de tuber a recta hacia la succi n de la bomba centr fuga en la descarga se tiene un tramo recto de tuber a seguido por una curva antes que antecede a la v lvula de globo f
28. sensor was in contact This causes other sensors that are close by to detect the simulated AE event This data when processed by the AE system gives the user information about the quality of the sensors that have detected the event When used often the user can determine if there has been any sensor degradation during the AE test Unfortunately this technique 15 inferior to Auto sensor testing for various reasons including the fact that it cannot be used in situations where only one sensor is involved as well as other reasons that will be discussed below 6 2 AST Application and Advantages PAC has improved on the automated pulsing method with a unique and different scheme we call Auto Sensor Test AST Our scheme keeps the pulsing sensor active immediately after pulsing This offers the following advantages in characterizing the AE event response l Reading the response from the same sensor that is being pulsed gives a quality measure of that given AE channel This includes information on sensor coupling pre amplifier and AE system 2 A single sensor can be evaluated whereas in the above relay based method this is impossible i The self pulsing receiving method provides information on the coupling quality of the sensor to the structure whether the sensor is even attached to the cable or if the cable is shorted 4 Since the pulsing sensor receives the AE information it 15 the first hit sensor This gives exact delta T measurements from t
29. sicas 4 4 ALIMENTACI N DEL SENSOR Y DESACOPLE DE LA SE AL 4 5 OSCILOSCOPIO 4 5 1 Formato CSV 4 6 AN LISIS DE LA SE AL CON MATLAB 4 6 1 MATLAB 4 6 2 Manejo de los datos de la se al 5 ENSAYO DE CAVITACI N DE UNA BOMBA CENTR FUGA 10 42 43 44 45 47 48 90 96 60 60 61 62 62 63 63 64 64 65 66 68 69 69 69 72 5 1 PUNTO DE INSPECCION EN LA BOMBA 5 2 ANALISIS DE LOS DATOS 5 2 1 Analisis de los datos caso 1 5 2 2 Analisis de los datos caso 2 5 2 3 Analisis de los datos caso 3 5 2 4 Analisis de los datos caso 4 CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS 11 77 80 80 81 82 83 85 87 88 90 LISTA DE FIGURAS Pag Figura 1 Despiece de la bomba 21 Figura 2 Distribuci n de presiones en los alabes del rodete 26 Figura 3 Zona de cavitaci n en los labes 27 Figura 4 Comparaci n entre ebullici n y cavitaci n 28 Figura 5 Erosi n de la burbuja en las paredes de la bomba 32 Figura 6 A reas de conocimiento y de aplicaci n de la ac stica 33 Figura 7 Rango de frecuencias de las emisiones ac sticas 38 Figura 8 Localizaci n del ruido ocasionado por diferentes factores 39 Figura 9 Espectro ac stico de una bomba con cavitaci n 41 Figura 10 Esquema del Banco de Ensayo de Cavitaci n 42 Figura 11 Esquema de la base del banco 43 Figura 12 Bomba centr fuga 44 Figura 14 Dep sito 46 Figura 15 Esquema del Sistema de tuber as 47 Figura 16 Siste
30. stage The output stage consists of a hybrid 10 or 20 dB gain high speed amplifier and a 50 Ohm output buffer for large power bandwidth while driving long cables The 1224 repeater amplifier can be installed by simply connecting the output of the repeater amplifier toward the jack of the analyzer marked A E Input The input of the 1224 amplifier should then be connected towards the sensor or preamplifier output The external gain switch can then be used to control the amount of gain 115 DESCRIPTION AND FEATURES The WDIU AST sensor is part of our integral preamplifier sensor family featuring a wide bandwidth frequency response at unsurpassed sensitivities high signal to noise ratio and high EMI immunity Double shielded and integral 40 dB preamplifier for low noise amplification and long distance cable driving purposes APPLICATION This is a wide band high sensitivity sensor It can be used in any application where wide frequency response is required where frequency analysis of the AE signal is required and to identify the peak frequency range in the test structure SPECIFICATIONS Diameter WeightWi Operating T Shock Case material Face Connector Connectorloc C limit g material ation SeeFig 1 150 45 to 85 Stainless Steel Stainless Integrate side Steel Cable Peak Operatingfreq Resonancefrequ Directionality Grounding Sealtype sensitivity uencyrange k ency kHz 28 dB 200 800 230 1 5 The sens
31. ultrasonidos como herramienta de diagn stico y de tratamiento 2 1 DESCRIPCI N DE LAS EMISIONES AC STICAS La Emisi n Ac stica EA es la clase de fen meno que genera ondas el sticas transitorias por la liberaci n r pida de energ a a partir de fuentes localizadas o las ondas transitorias generadas de este modo lodos los materiales producen emisiones ac sticas ya sea debido a cargas mec nicas fugas cavitaci n creaci n y propagaci n de fisuras durante la deformaci n etc Las ondas el sticas se mueven a trav s del s lido hacia la superficie donde son detectadas por los sensores Estos sensores son transductores que convierten las ondas mec nicas en ondas el ctricas De este modo se obtiene la informaci n acerca de 35 la existencia y ubicacion de posibles fuentes Esto es similar a la sismologia donde las ondas sismicas alcanzan las estaciones situadas en la superficie de la tierra Luego del procesamiento de las senales se obtiene la ubicacion de los centros sismicos 2 1 1 Tipos de emisiones acusticas 2 1 1 1 Infrasonido Se definen como las vibraciones de presi n cuya frecuencia es inferior a la que el o do humano puede percibir es decir entre O y 20 Hz Pero debido a que la mayor a de los aparatos electroac sticas utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz consideraremos tambi n como infrasonidos a toda vibraci n con una frecuencia por debajo de los 30 Hz Dentro de la teor a de los infras
32. 0 168 Pa debido a esto es que es muy aplicado en la instrumentaci n porque su punto de vaporizaci n est muy bajo comparado con el del agua el cual ocurre en la misma temperatura a 2337 Pa sin embargo por ser este ltimo el fluido m s com n vale la pena realizar un an lisis de las condiciones de trabajo de este con el fin de evitar en las bombas una presi n menor a la de vaporizaci n 28 Tabla 2 Tension superficial y presion de vapor del agua Tec N m KPa O0 00756 0 6110 60 0 0662 19 920 31 160 80 0 0626 47 350 90 00608 70 110 101 33 Fuente Pequenas centrales hidr ulicas 1 2 1 Coeficiente de cavitaci n Thoma Se define por coeficiente de cavitaci n de THOMA como la relaci n entre el NPSHr y la altura manom trica m xima Hman m x correspondiente al rendimiento manom trico m ximo Se define el coeficiente o de cavitaci n de Thoma Donde hsv NSPH del punto de m ximo rendimiento H altura de elevaci n de la bomba a m ximo rendimiento 29 Este coeficiente es muy util a la hora de predecir la posibilidad de cavitacion Experimentalmente se ha visto que existe una relaci n entre el coeficiente g y la velocidad especifica de aspiracion Para un valor determinado de velocidad espec fica mientras mayor sea m s protegida estar la bomba contra la cavitaci n 1 2 2 Tipos de cavitaci n Por lo dicho precedentemente hay dos tipos de cavitaci n uno
33. 0 20H 20 kHz 1220 50 200BP 50 200 kHz 1220 50H 50 kHz 1220 T00 300BP 100 300 kHz 1220 100H 100 kHz 1220 1 00 1 200BP 100 1200 kHz 1220 200H 200 kHz 1220 200 400BP 200 400 kHz 1220 300H 300 KHz 1220 300 600BP 300 600 KHz 1220 400H 400 kHz 1220 400 600BP 400 600 kHz 1220 500H 500 kHz 1220 600 200BP 600 1200 kHz 1220 600H 600 kHz 1220 BP SY s No Filtering 108 5 1 1 56 2 Specifications of the 1220 Series Preamplifiers Specifications apply at 257 2 5 C Preamplifiers will operate from F to 507 C Electrical Specifications Crain 40 or 60 dB Switch selectable Bandpass User selectable from 10 kHz to 1 2 MHz Input Single or differential selectabie Input Impedance l0 k Ohms in parallel with 15 pF Output Voltage gt 15 Vpp into 50 Ohms Dynamic Range amp dB CMRR 500 kHz 55 dB Noise RMS RTI 2 nV input shorted Power Requirements 1220 A C 28 VDE 1220B 15 VDC DC Stadby Current 25 mA Physical Specifications Dimensions 5 25 Long x 2 25 Wide x 1 38 High 13 3 em x 5 72 cm x 3 5 cm Weight 0 55 Ib 0 25 kg 1220 Preamplifier Description Single Ended Connector Connects an external single ended sensor PAC R li W or T series or equivalent piezoelectric transducer to the 1220 preamplifier via an industry standard single ended BNC connector AE Input Select Switch Selects what mode input is being connected to the 1220 preamplifier When the switch is positioned toward th
34. 07 BOMBA Et 2 BOMBA EC 203 EC 205 EC 207 DIMENSIONES GENERALES gar a EM REP II LE lc ig NN A MI Tr ERAN E T5 ETE Eri TI jes DOT TME a ET 91 LINEA CARACOL EC 2 EC 203 EC 205 EC 207 CARACTERISTICAS APLICACIONES Bomba centrifuga de construcci n manobioq e Leo dom stico fabricada en hiamo fundida Aprovisionamiento da aguas limpias Cismetro de succi n de T o 1 1 4 y descarga Refrigeraci n de maquinaria da To 1 1 4 seg n modak Llenado de tanques y babadaros b impulsor cerrado fabricado en pl stico da alta Recircutaci n de agus en piscinas mms aiancia 4 Pegue os equipos de presi n Temperatura m xima de operaci n TOC Motores a prueba de goteo 3 45 RPM 60Hz HEMAT 58 a L E L L E iu a E L E E E E E E E L E L E L E E LA Curva de Rendimiento Bomba 06 Caraca T 1 as a LLLI EDan EDU EDU EDT tr 8 i 34508 PM Mian da Sussen Ta ds 114 Dian da Descarga 1 CA FE im L EL im in ball EBEBENREN E TERTERA TTT TT TT IILITIITIM Ax A IT APA SOE OL ie CEC las nt See gt A ae oe ee ERE ERE SRR Ree eee BENENEH CT ane EE mo pepe pe i LL IE LI L HH ME A EHE EHE SEHR MODELO HP VOLTAJE AMP FASES DIA IMP eSUCC aDESC Eb EAM RECHT Pu y
35. 1 045666 144 7 Min 0 000 0 300 m 0 075 0 225 Fuente Autores Ahora para tener seguridad que la estructura soportara la carga sin problema se analisa el factor de seguridad el cual como minimo debe ser mayor o igual a 1 Comose puede observar en las figura25 se tiene una factor de seguridad igual a 58 15 lo cual indica que esta base es mas que resistente y cumple con el requisito de perdurabilidad para el banco Figura 25 Factor de seguridad de la base Fuente Autores 59 4 OBTENCION Y MANEJO DE LA SE AL 4 1 DESCRIPCI N DEL SENSOR Figura26 Sensor ac stico WDIU AST Fuente Autores Un sensor de emisi n ac stica convierte la energ a mec nica transportada por la onda el stica en una se al el ctrica el sensor m s correctamente se llama un transductor El transductor m s utilizado en es el transductor piezoel ctrico Esta elecci n ha sido escogida por la facilidad de fabricaci n su alta sensibilidad y una robustez que permite su utilizaci n en aplicaciones industriales El elemento activo de un transductor piezoel ctrico es un disco delgado de material piezoel ctrico un material que puede convertir la deformaci n mec nica 60 en voltaje el ctrico Este disco es metalizado por ambas caras para los contactos el ctricos y montado en un cilindro de metal para proporcionar protecci n a la interferencia electromagn tica Los piezoel ctricos de cer mica m s comu
36. 103 m Fuente Autores 5 1 PUNTO DE INSPECCION EN LA BOMBA Con el fin de garantizar una buena toma de datos de las emisiones acusticas se hizo la busqueda del mejor punto de inspeccion en la bomba en donde el sensor realizara la captura de las emisiones acusticas para ello se realizaron varias tomas de datos en diferentes puntos en la bomba centrifuga como se muestra en la figura 35 y figura 36 77 Figura 35 Puntos de inspeccion E Fuente Autores 78 Figura 36 Analisis de los puntos de inspeccion Fuente Autores De esta forma se pudo concluir que el punto N 1 es el mejor para realizar la inspecci n en la bomba centr fuga ya que permite al sensor realizar una buena captura de las emisiones ac sticas generadas por la cavitaci n siendo este el fen meno de an lisis 79 5 2 ANALISIS DE LOS DATOS 5 2 1 Analisis de los datos caso 1 Figura 37 Esquema acustico caso 1 Espectro de la se al Normal p 0 3155 Cav Incipiente Cavitaci n Cav Severa 0 25 t X 2 Ln 0 2 Y 0 w ES E 2 01 depi 2 809E5 C depi 0 1023 pos xi x 10 AMNA wr Hz Frecuencia Fuente Autores Tabla 10 Valores RMS caso 1 Cavitaci n incipiente 0 0090 Cavitaci n 0 0078 Fuente Autores Analizando los resultados del caso 1 se encontr un rango de frecuencia de cavitaci n entre 200 KHz a 700 KHz con picos muy m
37. 105 Ya con un caudal del 80 del inicial se tiene frecuencias entre 200 KHz y 400 KHz se muestra un comportamiento aleatorio se observa un crecimiento proporcional del RMS excepto en el caso de cavitaci n por encima de la incipiente igual que el primer caso En el ltimo caso se tiene un intervalo de frecuencias entre 150 KHz y 400 KHz con picos de amplitudes considerables comparadas con los casos anteriores es bueno resaltar que el sensor utilizado presenta mayor estabilidad con frecuencias por encima de 200 KHz se puede concluir que la energ a espectral en el rango establecido para la detecci n aumenta en 140 la medida que el caudal de la bomba se reduce Los resultados del analisis de emisiones acusticas han mostrado una clara relacion entre la EA y la cavitaci n se observ un aumento del valor RMS para el ancho de banda escogido a diferentes niveles de EA Sin embargo se observ una reducci n del RMS en nivel de cavitaci n por encima del la cavitaci n incipiente en algunos los escenarios 6 CONCLUSIONES Las principales ventajas del an lisis de espectros ac sticos para el mantenimiento predictivo comparado con otras t cnicas pueden resumirse e Es un m todo no intrusivo en su totalidad e Toda la informaci n se consigue con un s lo sensor lo que se compara favorablemente con sistemas basados en vibraci n que frecuentemente necesita de varios aceler metros e Se puede detectar la falla
38. 3 28 28 H6 32 48 50 i wt iw Ga AM d aw of i ws 4 Ss 35 a0 of 63 21 2 L3 13 20 0 9 0 8 T 0 5 09 19 04 2010 109 13 43 43 17 0 19 5 2 81 75 3 16 M 25 12 dE sd o d 4 260 130 L6 52 52 200 22 63 97 100 4 21 18 34 L3 13 16 07 16 32 07 34 0 17 0 21 67 57 23 0 3 2 64 129 125 5 g 33 42 19 16 21 09 20 40 09 no 27 BA F 30 0 40 10 4 16 1 MO 6 34 41 49 23 19 M g s 11 510 260 3 100 10 0 39 0 io 125 191 200 8 43 55 64 30 24 33 L5 3 8p l4 610 340 43 130 18 520 60 160 250 250 10 55 6 7 79 38 30 41 75 1 7 850 430 55 160 160 650 15 0 320 300 12 l 79 93 46 36 48 30 24 1020 510 130 190 70 T 240 380 350 14 95 105 5 44 54 135 62 11D 24 1200 600 Bp 220 90 0 110 220 450 Los valores indieados para v lvulas tipo globo se aplican tambi n a llaves para regaderas y v lvulas o llaves de descarga 1975 Nota las longitudes equivalentes de la tabla corresponden a tuber as de hierro fundido Deben usarse factores de correcci n para otros materiales FC Cmaterial D0 133 ANEXO G ARTICULO DETECCION DE CAVITACION EN UNA BOMBA CENTRIFUGA UTILIZANDO EMISIONES ACUSTICAS Diego Roberto Gelvez Diaz Ingeniero Mecanico diego gelvez hotmail com Jhony Alexander Martelo Parada Ingeniero Mecanico jhonymartelo hotmail com Universidad Industrial de Santander 1 INTRODUCCION En las plantas industriales se espera un funcionamiento de m
39. 4 Banco de cavitaci n por vaci Fuente Autores 1 4 Vacu metro 2 Man metro 3 V lvula de globo 5 v lvula de admisi n de aire Con las medidas tomadas el c lculo de las magnitudes necesarias es el siguiente Se toma una serie de medidas con el caudal nominal a 100 equivalente a 42 gpm luego al 95 equivalente a 40 gpm luego al 83 equivalente a 35 gpm y 73 por ultimo al 60 equivalente al 25 gom para un total de cuatro casos en donde se mediran las variables necesarias pv pd y ps Para ello se anexa una tabla disenada de manera secuencial para facilitar el calculo donde el color verde indica los valores tomados del los dispositivos de medicion lo demas son los calculados por el estudiante Cuando la bomba empiece a cavitar la altura AP desciende bruscamente El criterio que elegimos para encontrar la cavitaci n incipiente consiste en tomar el espectro cuando la altura AP ha disminuido un 3 adem s se tomaran cuatro 4 espectros para cada posici n de la v lvula reguladora de caudal y realizara un margen porcentual que indica cuanto var a el Hiniciadel H 3 estos son Hinicial H 396 Bomba trabajando en condiciones normales es decir a presi n atmosf rica Bomba con cavitaci n incipiente Bomba cavilando pe S ba xt Bomba con cavitaci n severa Para realizar el c lculo del H ft se aplica la siguiente conversi n H ft 2 306659 Pd Ps Para todos los casos se tienen
40. Autores 130 Se procede a realizar el montaje en una caja plastica adecuada para contener todos los elementos Ver figura 6 Figura 6 Caja lista para funcionamiento Salida de ali sensor Salida de se al co para el osciloscopio Fuente Autores 131 ndido Apagado ANEXO F PERDIDAS EN TUBERIAS Y ACCESORIOS Tabla 2 2 Coeficientes de rugosidad absoluta amp Ahmed N 1987 Vidrio cobre lat n madera bien cepillada acero nuevo soldado y con una mano interior de pintura tubos de acero de recisi n sin costura serpentines industriales pl stico hule 0 0015 Tomado de Saldarriaga J 1998 Tomado de Sotelo A G 1982 132 2 3 2 Longitudes equivalentes Tabla 2 8 Longitudes equivalentes a perdidas locales en metros de tuber a de hierro fundido Azevedo N J y Acosta A G E E gom g o E P 8 o E a 9 ae ad 155534 232 820082 Et S B sm aa a x 8 ua 5 ger ss 3 5678 Est Eas Es dom Oxo O 58 Ses ag es fa 5 BE Ser gt es B T ngulo DIAMETRO mm pul Q be e SN ON c zs DN ON ls D i2 51 49 26 03 10 10 36 04 1 a io 34 04 7 OF 03 04 02 02 0 5 01 67 36 04 14 5 0 5 16 24 25 07 08 04 03 05 02 05 07 02 4k 46 a 1 7 13 07 21 32 E 114 07 09 Ll 05 04 06 04 09 02 Ha 56 07 3 23 10 0 03 217 ap 3 112 1 a 06 05 07 03 10 03 B4 67 09
41. BANCO DE PRUEBAS PARA EL ANALISIS DE CAVITACION EN UNA BOMBA CENTRIFUGA MEDIANTE EL ANALISIS DE EMISIONES ACUSTICAS DIEGO ROBERTO GELVEZ DIAZ JHONY ALEXANDER MARTELO PARADA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA BUCARAMANGA 2 010 BANCO DE PRUEBAS PARA EL ANALISIS DE CAVITACION EN UNA BOMBA CENTRIFUGA MEDIANTE EL ANALISIS DE EMISIONES ACUSTICAS DIEGO ROBERTO GELVEZ DIAZ JHONY ALEXANDER MARTELO PARADA Trabajo de Grado para optar al titulo de Ingeniero Mecanico Director ALFONSO GARCIA CASTRO Ingeniero Mecanico Codirector JABID QUIROGA MENDEZ Ingeniero Mecanico UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERIAS FISICOMECANICAS ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA BUCARAMANGA 2 010 NOTA DEL PROYECTO DE GRADO JHONY ALEXANDER MARTELO PARADA 2006931 TITULO DEL PROYECTO BANCO DE PRUEBAS PARA EL ANALISIS DE CAVITACION EN UNA BOMBA CENTRIFUGA MEDIANTE EL ANALISIS DE EMISIONES ACUSTICAS CALIFICACION letra y n mero A APROBADO DIRECTOR DEL PROYECTO NOMBRE eA GARCJA CASTRO aa Ingenier as FisicoMecanicas Ingenieria Mecanica NOTA DEL PROYECTO DE GRADO JHONY ALEXANDER MARTELO PARADA 2006931 TITULO DEL PROYECTO BANCO DE PRUEBAS PARA EL AN LISIS DE CAVITACI N EN UNA BOMBA CENTR FUGA MEDIANTE EL AN LISIS DE EMISIONES AC STICAS Ingenier as FisicoMec nicas Ingenier a Mec nica CALIFICACION
42. Dyson The application of acoustic emission for 141 detecting incipient cavitations and the best efficiency point of a 60 kW centrifugal pump case study NDT amp E international 10 Dic 2004 11 W Stanistawski M Zmarzty M Szmechta Optimization of efficiency coefficient in a constant pressure inverter driven pump set PrzegladElektrotechniczny 2008 12 Shinfuku Nomura1 and Masafumi Nakagawa Analysis of an ultrasonic field attenuated by oscillating cavitation Department of Mechanical Engineering Ehime University Bunkyo cyo Matsuyama 13 CRANE Divisi n de Ingenier a Flujo de Fluidos en V lvulas Accesorios y Tuber as Mc Graw Hill 1992 14 Pedro Fern ndez D az Bombas centr fugas y volum tricas 2002 142
43. FT EXCEL se calcula la ecuaci n de la bomba Hbb 0 27Q 1 315Q 18 23 Egy 4 ecuaci n de la bomba Figura 21 Curva de la bomba de Q vs Hbb 25 20 asa z mm 15 10 H b m 5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Q GPM Fuente Autores 54 Por el tipo de problema de sistema de tuberia no tiene solucion directa Por lo tanto la unica forma de resolverlo es mediante la iteracion se hace apoyo en el diagrama de Moody la ecuaci n de Coolebrook y Excel para obtener la curva del sistema y el punto de corte de las dos curvas que describen el punto de operaci n figura 22 el cual garantiza que para estas condiciones de servicio la bomba funciona perfectamente Figura 22 Punto de corte entre la curva de la bomba y la del sistema 25 r 20 g i Hg H b m 10 Y e Hs m Ina 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Q GPM Fuente Autores Tabla 4 Datos obtenidos en el diseno hidraulico oM EN mE 0 00E 00 0 00E 00 DIV 0 Hi DIV O Fuente Autores 3 2 2 Dise o de la base El dise o de la base del banco est dise ada en dos partes por separado con el fin de no tener restricciones en el circuito hidr ulico relacionado con la longitud si a este se le desea agregar o quitar elementos de tal forma que siendo las bases independientes se pueden acercar o alejar libremente la una con respecto a la otra 56 Figura 23 Base del banco en Solid Edge Fuente Autor
44. Ingenier as F sico Mec nicas Escuela de Ingenier a Mec nica Director Ing Alfonso Garcia Codirector Ing Jabid Quiroga 17 ABSTRACT TITLE BANK OF TESTS FOR ANALYSIS OF CAVITATION IN A CENTRIFUGAL PUMP USING ACOUSTIC EMISSION ANALYSIS AUTHORS Diego Roberto Gelvez D az Jhony Alexander Martelo Parada KEY WORDS Cavitation NSPHr NSPHd Acoustics DESCRIPTION The objective of this project is to provide the school of Mechanical Engineering at the Universidad Industrial de Santander of a bank of test that allows be used to supplement the subject of vibration and hydraulic turbo machines BANkS OF TESTS FORY ANALYSYS OR CAVITATION IN A CENTRIFUGAL PUMP USING ACOUSTIC EMISSION ANALYSIS The test was designed and calculated under the theories of failure Moody diagram equation of Coolebroock and assistance of computational tools for iteration and calculations of the behavior of the working fluid and the wave of the study result in the centrifugal pump cavitation The results of this project are displayed in a summary of studied phenomenon also left a bank that allow to know and study the phenomenon of cavitation by means of a piezoelectric sensor and data acquisition system that transforms this phenomenon into a sign that lets you see the behavior at different levels minimum to maximum achieved through a vacuum pump and a flow control valve also we can study cavitation and understand in a more direct form damage of
45. LLLI A PLI pi 3 EC 205 1 2 115 230 aaea 1 4000 la 1 1 4 AO a ea Er ea ESSE TL 22 ANEXO B DIAGRAMA DE MOODY ap OJALUUNN Dix ims F i y d A f Hi Pr d poa e e e DLXL bE HH pz iiam aL ai yo OLX 01 EXE 2D1xG LE IMEEM 01 Eo RR i T AMEN 7 E rd F My Al E b3 rA x c En E EL Wl IIBER NINE NINE LIRE Al ab iii gt Jer mem i UE iliam mar zT Fun rm FEDT Les ap suba 1 r i r 1 a i i ll a e 1 a p j 919914 9p qusmyeop 93 ANEXO C SENSOR AE Sensors and PreamplifiersUsers Manual Table of Contents s INTRODUCTION AE SENSORS noieses soriano aa eaa aaa a E Eei Eaa DETECTION OF ACOUSTIC EMISSION SIGNALS 1 AE TRANSFER COUPLING stone eo Peso ea ka e Eee PER INTEGRAL PREAMPLIFIER 1 E E 3 4 2 ONC UON al 3 a rm 4 PREAMPLIFIER INTRODUCTION iwicsscsissscacetetuasevsksevesasoatessvebantsusdieahssthousseduendhanesssvebveccesdugaccsebasenseeuidseecssedant Pre arin pla tier
46. TADOR AN LISIS DE DATOS Fuente Autores 66 Figura31 Sistema para la captura de la senal COMPUTADOR ACONDICIONADOR DE LA SENAL Fuente Autores Figura 32 Conexion sistema de adquisici n Fuente Autores 67 Figura 33 Memoria SD en el osciloscopio Fuente Autores 4 5 1 Formato CSV El formato CSV del ingles comma separated values es un tipo de documento sencillo para representar datos en forma de tabla en las que las columnas Campos se separan por comas o punto y coma en donde la coma es el separador decimal Espa a Francia Italia y las filas por saltos de l nea Por ejemplo aaa bbb ccc CRLF ZZZ yyy xxx CRLF 1 1 68 4 6 ANALISIS DE LA SENAL CON MATLAB 4 6 1 MATLAB MATLAB abreviatura de MATrix LABoratory laboratorio de matrices es un software matem tico que ofrece un entorno de desarrollo integrado IDE con un lenguaje de programaci n propio lenguaje M Est disponible para las plataformas Unix Windows y Apple Mac OS X Entre sus prestaciones b sicas se hallan la manipulaci n de matrices la representaci n de datos y funciones la implementaci n de algoritmos la creaci n de interfaces de usuario GUI y la comunicaci n con programas en otros lenguajes y con otros dispositivos hardware El paquete MATLAB dispone de dos herramientas adicionales que expanden sus prestaciones a saber Simulink plataforma de simulaci n multidominio y G
47. UIDE editor de interfaces de usuario GUI Adem s se pueden ampliar las capacidades de MATLAB con las cajas de herramientas toolboxes y las de Simulink con los paquetes de bloques blocksets Es un software muy usado en universidades y centros de investigaci n y desarrollo En los ltimos a os ha aumentado el n mero de prestaciones como la de programar directamente procesadores digitales de se al o crear c digo VHDL 4 6 2 Manejo de los datos de la se al Ya obtenido los datos de la se al en Excel se procede a crear un vector en el cual estar n estos datos posteriormente realizar un programa en donde se realiza la FFT a estos vectores y su grafica el c digo del programa es el siguiente BANCO DE PRUEBAS PARA EL AN LISIS DE CAVITACI N EN UNA BOMBA CENTRIFUGA MEDIANTE EL AN LISIS DE EMISIONES AC STICAS DIEGO ROBERTO GELVEZ DIAZ 69 YIJHONY ALEXANDER MARTELO PARADA programa para el analisis de las emisiones acusticas clearall clc close escala 5e 2 escala vertical periodo 4e 8 a DATOS DEL OSCILOSCOPIO PARA EL VECTOR a FUNCIONAMIENTO NORMAL A a escala vector funcionamiento normal Multiplicado por su escala b DATOS DEL OSCILOSCOPIO PARA EL VECTOR b FUNCIONAMIENTO CAVITACION INCIPIENTE B b escala vector cavitacion Multiplicado por su escala c DATOS DEL OSCILOSCOPIO PARA EL VECTOR c FUNCIONAMIENTO CAVITACION C c escala vector cavitacion severa Mu
48. V with 100 kHz low filter 7 3 1224 Configurations Designations Feature Chart 2244 12248 224 1224C LF 1224D Combined supply Yes Yes NO Yes on Yes senal line differential BNC connector Separate No No Yes Yes No supply line Extemal 10 or 20 dB None I or20dB l or 20 dB or20 dB gain adjust Fixed at 20 dB internal 3 to 20 dB 3 to 20 dB 3 to 20 dB 3 to20 dB 31020 dB gam adjust Frequency range 10 to 900 KHz 10 to 700 kHz IO kHz to l 6 kHz to 10 kHz to MHz MHz 1 MHz Input 50 Ohmor 50 Ohmor SUOhmor 50O0hmor 50 Ohm or 5 kOhm 5 kOhm 5kOhm 5 kOhm 5 kOhm On the differential BNC Connector one conductor is for power and the other for the AE signal Please note that using this repeater requires different cabling and connectors on the 5600 The mam advantage of using this repeater is in applications where a very low frequency operation is desired 7 4 Operational Description of the 1224 Repeater Amplifier The 1224 series repeater consists of a low noise preamplifier with an internally adjustable gain to compensate for filter losses The output of the preamplifier drives a PAC plug in filter module The plug in filter module can be replaced by removing the four Phillips head screws from the bottom lid Various high pass low pass and bandpass filter configurations are available to customize the 1224 frequency response These are the same filters as indicated in the previous section The filter output is then fed to the output
49. a de bloques del sensor integral se muestra en la Figura28 Figura 28 Diagrama de bloques del sensor ZB vols Fuente AE Sensors Preamplifiers Users Manual 4 3 3 Especificaciones el ctricas e Ganancia 40 1 dB e Pico Sensibilidad 30 dB ref 1 V mBar e Ruido RMS RTI 2 mV e Rango dinamico gt 80 dB e Tension de salida gt 15 Vpp en 50 ohmios e Energ a requerida 28 V a 100 mA e AST pulso 24 voltios 0 4 microsegundos en el cristal e AST Trigger 2 voltios a la salida del preamplificador alimentaci n e Cristal completamente encapsulado para Inmunidad de EMI 4 3 4 Especificaciones f sicas e Temperatura C 45 al 80 de 25 a 80 AST e Limite el choque g 500 AE Sensors amp Preamplifiers Users Manual 10AE Sensors Preamplifiers Users Manual M AE Sensors amp Preamplifiers Users Manual 64 e Material de la caja acero inoxidable 304 e Material de la cara de ceramica e Conexion a tierra cuerpo a tierra y aislada de la superficie de montaje e Tipo de conector BNC e Ubicaci n del conector lateral e Direccionalidad dB 1 5 e cello tipo epoxi e Presi n lt 400 psi de presi n hidrost tica 4 4 ALIMENTACI N DEL SENSOR Y DESACOPLE DE LA SE AL Como el sensor necesita ser alimentado con 28 V D C a trav s de un cable coaxial es necesario desacoplar la se al de la emisi n ac stica de la fuente de alimentaci n esto con el fin de poder conectarse
50. a del metal est expuesta al medio corrosivo y se forma una nueva pel cula por medio de una reacci n de corrosi n e Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar debido al aumento de poder nucleante de la superficie irregular e El colapso de la nueva burbuja destruye otra vez la pel cula e La pel cula se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta formar huecos bastante profundos El mecanismo anterior tambi n funciona sin la presencia de una pel cula protectora ya que la implosi n de la burbuja es suficiente para deformar el metal pl sticamente y arrancarle pedazos de material Por esta raz n se acepta generalmente que la cavitaci n es un fen meno de corrosi n erosi n figura 5 Figura 5 Erosi n de la burbuja en las paredes de la bomba 270720722 772 C LC a Fuente http images google com 92 2 EMISIONES ACUSTICAS La ac stica es la ciencia que estudia la producci n transmisi n y percepci n del sonido tanto en el intervalo de la audici n humana como en las frecuencias ultras nicas e infras nicas Dada la variedad de situaciones donde el sonido es de gran importancia son muchas las reas de inter s para su estudio voz m sica grabaci n y reproducci n de sonido telefon a refuerzo ac stico audiolog a ac stica arquitect nica control de ruido ac stica submarina aplicaciones m dicas etc Por su naturaleza constituye
51. a las burbujas que implotan golpean entonces las paredes u otras partes del fluido sin amortiguaci n alguna Teniendo en cuenta la condensaci n del vapor con distribuci n espacial uniforme y ocurriendo en un tiempo muy corto puede ser tomado por cierto que las burbujas no colapsan conc ntricamente Se ha analizado el desarrollo de una burbuja en la vecindad de una pared te ricamente y calculado el tiempo de implosi n y la presi n demostr ndose que la tensi n superficial acelera la implosi n y aumenta los efectos de la presi n Muchos efectos trae aparejado el colapso de la burbuja relacionados con los diferentes par metros tales como la influencia del gradiente de presi n la deformaci n inicial en la forma de la burbuja velocidad del fluido en la vecindad de los l mites s lidos etc 1 2 4 Da o por cavitaci n Un da o por cavitaci n tiene un aspecto semejante a picaduras por corrosi n pero las zonas da adas son m s compactas y la superficie es m s irregular en el caso de la cavitaci n El da o por cavitaci n se atribuye parcialmente a efectos de desgaste mec nico La corrosi n interviene cuando el colapso de la burbuja destruye la pel cula protectora como se muestra esquem ticamente en la figura 5 con los pasos siguientes e Se forma una burbuja de cavilaci n sobre la pel cula protectora 31 e El colapso de la burbuja causa la destrucci n local de la pel cula e La superficie no protegid
52. a un osciloscopio y analizar la se al Para esto se realizo una tarjeta alimentadora del sensor y desacopladora de la se al para las pruebas en el laboratorio como se muestra en la figura 29 Figura 29 Circuito alimentador del desacoplador de se al DECOUPLING NETWORK dei E 33 mH ome a 28 VOLT D C SUP TO R151 100uf CONN I ENTES J AE SIGNAL i FOR SCOPE 1A RF Fuente AE Sensors amp Preamplifiers Users Manual 2R151 with Circuit Drawing pdf 65 Se realiz un dise o de circuito electr nico en donde se encuentran el circuito alimentador del sensor y el circuito desacoplador de la se al en una tarjeta ver el anexo D Desacoplador de se al 4 5 OSCILOSCOPIO Para el procesamiento de la se al se utiliza un osciloscopio con puerto SD el cual permite capturar la se al del sensor proveniente del desacoplador y llevarla a un computador para su an lisis en Matlab como se muestra en la figura 30 figura 31 figura 32 y figura 33 El osciloscopio permite guardar datos de la se al im genes de la onda Para el an lisis con Matlab s lo se requerir de los datos de la se al los cuales se encuentra en un formato CSV estos datos se pueden leer por medio de Excel el cual permite pasarlos a Matlab de forma sencilla Figura 30 Esquema para la captura de la se al ACONDICIONA SENSOR MIENTO DE LA OSCILOSCOPIO SE AL San MATLAB COMPU
53. alter Replacement tices ias 18 5 7 5 CircuitDescription 19 6 AUTO SENS OR ME M OE LI Cm 20 6 1 Other Automatic Sensor Pulsme Techniques etu Roo oet 20 6 2 AST Application and AdyVant ages costi EE esee ERR E HR hei is 20 CIAST AAA unus dus 21 7 1224 SERIES REPEATER AMPLIFIER RN Neo 22 7 1 Introduction 22 7 2 Specifications 22 7 3 1224 Configurations Designations ssc sec car eet oho ea eroi 22 7 4 Operational Description of the 1224 Repeater Amplifier sese 23 95 7 51 INTRODUCTION AE SENSORS THE MOST IMPORTANT SINGLE FACTOR IN SUCCESSFULLY PERFORMING AN 7 6 AE APPLICATION IS THE RELIABILITY OF AN AE SENSOR High reliability is achieved by PAC s long experience in the successful design and production of numerous types of electro acoustic sensors for AE research field and production applications After years of continuous research and development by several members of our engineering staff PAC is now becoming the recognized leader in the manufacturing of AE sensors PAC s production flexibility provides the user with a large selection of transducers to fit many individual applications The selection of the proper AE sensor depends on the specific application Individual specification sheets have been prepared with specific recommended applications and features Our engineers are also available to discuss your r
54. anera continua con capacidad plena con el fin de satisfacer las necesidades de producci n Cualquier anomal a o defecto en la maquinaria o equipo debe ser detectado y analizados en su etapa inicial para evitar grandes problemas Por tanto el monitoreo basado en condici n de la maquinaria es de gran importancia en la industria ya que mantiene la planta en optimas condiciones para una m xima producci n adem s permite detectar y diagnosticar fallas en su etapa incipiente para evitar consecuencias graves da os y costos por tiempo de inactividad con los avances tecnol gicos se hace m s f cil detectar las fallas ya que se cuenta con sistemas de vibraciones mec nicas an lisis de aceite an lisis de termo graf a infrarrojo an lisis de ultrasonido monitoreo de condici n entre otras 1 2 3 4 Normalmente las fallas de una maquina y los problemas pueden ser detectados e identificados mediante la comparacion de senales de la maquina en funcionamiento en condiciones normales y anormales 8 5 Cuando la maquina se deteriora y trabaja en mal estado varias de sus partes empiezan a vibrar y generar frecuencias al azar y amplitudes que pueden ser detectados en la estructura de la m quina Generalmente la mayor a de los materiales emiten un cierto nivel de senales s smicas cuando se somete a tensi n o deformaci n Este fen meno se refiere a la emisi n acustica EA 6 7 Las EA se han aplicado en la ingenier a en
55. anged The 1222 Charge preamplifier uses the standard 1220 family of pluggable filters Refer to section 5 7 for specific information relating to the selection and installation of filters in this preamplifier 5 5 1227A 12278 Preamplifiers 5 5 1 Description This family of preamplifiers offers 20 dB AE signal gain and very low power operation 3 milliamp typical The 1227A is designed for standard 50 Ohm AE systems while the 1227B is designed for 600 Ohm AE systems like the PAC 4610 It has been designed to be used with single ended sensors only and has a fixedgain of 20 dB Several filter bandwidths are available and must be specified at the time of purchase Both models use PAC s standard single Power Signal BNC These preamplifiers are very small 0 7 square by 2 5 long and very low cost 5 5 2 Specifications Parameter 1227A 1227B Output Impedance 50 Ohms 600 Ohms Gain 20 dB 1dB 20 dB 1 dB Noise la Volts RTI 4 laV 4 laV Maximum Voltage Output Vp p 5 Vp p 1 4 Vp p Dynamic Range 95 dB 84 dB Supply Voltage Range 9 28 Volts 7 28 Volts Supply Current 3 mA 12 Volts 3 mA 12 Volts Maximum Operating Temperature 0 C 85 C Preamp Dimensions 3 4 Long x 0 687 wide x 0 687 high 8 64 cm long x 1 75 cm wide x 1 75 cm high 5 5 3 Standard Filters Filters for the 1227 series single ended preamplifiers are installed at the factory Filter values must be specified at the time of purchase The following are the standa
56. antes de que ocurra es decir en un estado incipiente e No necesita de aislamiento ac stico con el entorno 7 BIBLIOGRAF A 1 Charles E An Introduction to Reliability and Maintainability Engineering Boston Massachusetts Editorial Mc Graw Hill 1997 2 B R Varlo AE analysis of high voltage insulation IEE Proc SCi Mechnol Vol 146 No 5 September 1999 3 H Reginald Hardy Jr Acoustic Emission Micro seismic Activity Volume 1 Principles Techniques and Geotechnical Applications The Pennsylvania State University University Park Pennsylvania USA 2003 4 Paul Frake The application of AE monitoring as a control tool in pharmaceutical development the Royal Society of Edinburg 2002 5 Beattie A G Acoustic Emission Principles and Instrumentation Journal of Acoustic Emission 2 1983 1 2 January April pp 95 128 6 AzovtsevYu A Barkobv A V Yudin I A Automation Diagnostics of Rolling Element Bearings using Enveloping Methods 1994 7 B Samanta Khamis R AlBalushi and Saeed A Al Araimi Bearing fault detection using Artificial Neural NETWORKS AND Genetic Algorithm Sultan Qaboos University P O Box 33 Muscat 123 Sultanate of Oman 2004 8 Duncan L Carter U S Patent Number 5 477 730 Rolling element Bearing Condition Testing Method and Apparatus issued Dec 26 1995 9 R L Mott mecanica de fluidos aplicada 5ta edici n 10 L Alfayez D Mba G
57. arcados entre 200 KHz y 400 80 KHz se muestra un comportamiento muy aleatorio y se observa un crecimiento proporcional del RMS excepto en el caso de cavitaci n por encima de la incipiente 5 2 2 An lisis de los datos caso 2 Figura 38 Esquema acustico caso 2 Espectro de la sefial 0 4 Normal 0 35 Cav Incipiente Cavitacion 0 3 Cav Severa a gt 0 25 5 02 0 15 t Mil i n B JT N WA WN Je i ir 2 3 4 5 6 Frecuencia Hz x AQ Fuente Autores Tabla 11 Valores RMS caso 2 ESTADO 0 0059 Cavitaci n incipiente 0 0091 0 0131 0 0109 Fuente Autores BL Alfayez D Mba G Dyson The application of acoustic emission for detecting incipient cavitations and the best efficiency point of a 60 kW centrifugal pump 81 En este caso se encontro nuevamente frecuencias entre los 200 KHz y 700 KHz con picos de mayor amplitud que el caso 1 entre 200 KHz y 400 KHZ se mantiene el comportamiento aleatorio y el crecimiento proporcional del RMS 5 2 3 An lisis de los datos caso 3 Figura 39 Esquema ac stico caso 3 Espectro de la se al A Normal Y 0 4701 Cav Incipiente e T Cavitacion X 2 076E5 Cav Severa Y 0 1644 X 2 443E5 Y 0 173 e io Co Cn Amplitud Y f o ch Frecuencia HZ Fuente Autores Tabla 12 Valores RMS caso 3 ESTADO _ 0 0049 0 0062 0 0061 0 0124
58. con flujo y otro estando el l quido est tico a Cavitaci n por flujo y b Cavitaci n por ondas Ejemplos del tipo a se presenta en tuber as donde la presi n est tica del l quido alcanza valores pr ximos al de la presi n de vapor del mismo tal como puede ocurrir en la garganta de un tubo venturi a la entrada del rodete de una bomba centr fuga o a la salida del rodete de una turbina hidr ulica de reacci n Los ejemplos del tipo b se presenta cuando estando el l quido en reposo por l se propagan ondas como las ultras nicas denomin ndose Cavitaci n Ac stica o t picas ondas por reflexi n sobre paredes o superficies libres debido a ondas de compresi n o expansi n fruto de explosiones y otras perturbaciones como en el caso del golpe de ariete denominadas Cavitaci n por Shock 1 2 3 Implosi n de la burbuja La bolsa ya aumentada de tama o es arrastrada a una regi n de mayor presi n y finalmente estalla es decir IMPLOTA Esta acci n peri dica est generalmente asociada a un fuerte ruido crepitante 30 El aumento de tama o de las burbujas o bolsas reduce los pasajes aumentando as la velocidad de escurrimiento y disminuyendo por lo tanto m s la presi n Tan pronto como la presi n en la corriente supera la tensi n de vapor despu s de pasar la secci n m s estrecha se produce la condensaci n y el colapso de la burbuja de vapor La condensaci n tiene lugar instant neamente El agua que rodea
59. condiciones de succi n de una bomba es la carga neta de succi n positiva NSPH definida por la Hydraulic Institute U S A para las condiciones de succi n en la bomba y la presi n de vapor l quido expresada en t rminos de carga NSPH E E H 5 h rapor g 20 Donde P es la presi n absoluta en la entrada de la bomba y V es la velocidad promedio en el ducto de succi n Es conveniente diferenciar el NSPH requerido del disponible El primero se refiere a las condiciones de succi n necesarias para el funcionamiento correcto de la m quina sin cavitaci n mientras el segundo expresa la forma como la instalaci n opera Existe para cada caudal una presi n m nima en la boca de aspiraci n por encima de la tensi n de vapor en que para valores inferiores la bomba cavitara Esta presi n se expresa en metros de columna e l quido y es lo que se denomina NSPH requerido por la bomba para distinguirlo del NSPH disponible El NSPH requerido es la diferencia expresada en metros de l quido entre la presi n en boca de aspiraci n de la bomba y la tensi n de vapor del fluido al cual Curso de turbo m quinas hidr ulicas Ing Nestor Raul D croz 24 la bomba empieza a cavitar Para evitar la cavitacion el NSPH de la linea debe ser superior al de la bomba Concluyendo se tiene NPSH requerida es la NPSH minima que se necesita para evitar la cavitaci n Depende de las caracter sticas de la bomba
60. de agua se ajusta por medio de la v lvula superior de 2 galvanizada ubicada en la parte posterior del dep sito ver figura 4 V lvula superior para nivel para esto se procede abrir la v lvula ya nombrada hasta que deje de salir agua despu s de esto se procede a cerrar la v lvula para que no se presenten fugas Figura 4 V lvula superior y v lvula inferior 122 Fuente Autores Generalmente el dep sito se llena una sola vez pero encaso de mantenimiento en el que se necesite retirar el dep sito se debe tener en cuenta lo siguiente Es muy pesado por su contenido de agua para evitar lesiones se proceden de la siguiente manera e verificar que las v lvulas de globo y bola est n abiertas con el fin de vaciar el agua en la tuber a e Abrir la v lvula de admisi n de aire e Abrir la v lvula de 7 galvanizada ubicada en la parte posterior inferior del dep sito e Abrir la v lvula de Y galvanizada ubicada en la parte posterior superior del dep sito para permitir mayor entrada de aire 123 Para desconectar el deposito el circuito hidraulico cuenta con uniones universales y uniones roscadas en la entrada y salida del deposito En cuyo caso no se quiere retirar el dep sito sino que otro elemento como la bomba o alg n accesorio del circuito hidr ulico lo que se tiene que hacer es lo siguiente Proceder a cerrar la v lvula de globo y la v lvula de bola ver figura 3 V lvula de globo y v lvu
61. delaci n interpretaci n y an lisis del espectro ac stico generado por la cavitaci n Finalmente el cap tulo 4 muestra un ejemplo de aplicaci n completo del banco pr ctica de laboratorio Se incluye como anexo a este documento Caracter stica de la bomba Diagrama de Moody Especificaciones del sensor P rdidas en tuber a Desacoplador de se al Art culo y Manual del Usuario 20 1 BOMBAS CENTRIFUGAS Una bomba centr fuga es un tipo de bomba hidr ulica que transforma la energ a mec nica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energ a cin tica y potencial requeridas El fluido entra por el centro del rodete que dispone de unos labes para conducir el fluido y por efecto de la fuerza centr fuga es impulsado hacia el exterior donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuber a de salida o hacia el siguiente rodete siguiente etapa Las partes de una bomba centr fuga figura 1 son Figura 1 Despiece de la bomba BOMBA EC 203 EC 205 EC 207 Fuente Cat logo Barnes Barnes de Colombia s a http es wikipedia org wiki Bomba_centr C3 ADfuga 21 Tabla 1 Lista de piezas de la bomba Sello mecanico Tornillo 5 16 X 1 1 4 NC 7 Tuerca de 5 16 NC Anillo O Arandela de caucho 10 Tornillo 3 8 X 3 4 NC 11 12 Empaque de caucho Fuente Cat logo Barnes Los elementos de que consta una instalaci n de bombeo son
62. e 80dB Utilizing an R15 Sensor 90dB 50Q Input IL D IL 20D IL40D IL60D Gam dB 20 dB 40 dB 60 dB Output Voltage 002 Load I 5Vnpp 5Vpp CMRR 500 kHz 50 dB 50 dB Nose RMS rti 2 uv uv 5 2 3 Standard Filters Filters for the In line differential preamplifiers are installed at the factory Filter values must be specified at the time of purchase The following are the standard available filter bandwidths tor the In Line differential preamps 20 100 kHz 20 1000 kHz 50 500 kHz 100 300 kHz I00 1200 kHz 135 185 kHz 250 350 kHz 400 1000 kHz Contact the factory for values other than those listed above 5 2 4 Installation and Operation Installation of the In line differential sensors are very easy since there are only two connectors to connect and no configuration switches Simply connect a differential sensor to the input of the of the preamplifier and connect the output of the preamplifier to the AE system channel input 5 3 In Line Single Ended Preamplifiers IL 40S 5 3 1 Description The Inline Single Preamplifier is the lowest cost preamplifier in PAC s preamplifier line It has been designed to be used with single ended sensors only and has a fixed gain of 40 dB DIFFERENTIAL P model IL 40S It was designed to be used with PREAMPLIFIER C all available AE systems that has its power supplied via the output signal BNC It has light FROM TO band pass filtering to opt
63. e differential connector this means that the 1220 is connected to amplify a differential signal AE Differential Input Connector Connects an external differential sensor PAC RD D WD or TD series or equivalent piezoelectric transducer to the 1220 preamplifier via differential BNC connector Power Signal Cable Output signal and power 28 VDC are both present on this line Both signals are isolated internally Cable connects via an industry standard BNC connector PAC 1234 cable Gain Select A total preamplifier gain of 40 dB x100 or 60 dB x1000 is selected by this switch Output Output signal is present here Cable connects via a standard BNC connector PAC 1234 109 POWER MES SINGLE PHYSICAL E ia 2 9 ACOUSTICS i sre CORPORATION 12204 tussis 4048 PREAMPLIFIER SINGLE OUTHUT FU ey Sal y ACOUSTICS F 8 1 ineur dem CORPORATION 7 sevecr ain dk 12206 Ficcion DIFF Gain 4000 PREAMPLIFIER SELECT g dh OUTPUT PHYSICAL fe ACOUSTICA INPUT 4 SCLECT i POWCR 12206 fussiow T PREAMPLIFIER cain 4048 1 T SELECT goa Figure 6 1220 A B C Extemal Connections Controls Power 15 VDC is connected to the preamplifier here via a multipin connector Use PAC cable 1233 or 1233A Pin 1 Ground 1 Pin 4 15 Volts Green Lead on 1233 Cable Pin 7 15 Volts Red Lead on 1233 Cable Note When using a 1220B pream
64. ed there must be no differential expansion between the two surfaces In Table 3 1 a few commonly used couplants are listed along with the temperature range where they can be used Table 3 1 Same Common Actoni Emission Coertants and the Araxi D emmeaunm Base Whee They Can He Led 1 T TEM pg Dow Coramg Wa resta aur s 100 E High vacuum st cock grease ae sa SP C Dimerore coman a EKT imperare Retroleom gress EENT MECA TIE War Fac Dow Corn 200 Mud MPC 12 AAC Sa lal i AF C Nang xin cack gesse Ca HOPE cement un SOC 55 ndmma 2 Cahan mica HP TOPE 4 INTEGRAL PREAMPLIFIER SENSORS The R3I R6I R151 R30L RSOI and WDI integral preamplifier sensors represent a significant advancement for the field of acoustic emission by enclosing a low noise FET input 40 dB pre amplifier inside a standard high sensitivity sensor These rugged small size AE integral pre amplifier sensors eliminate the need for cumbersome pre amplifiers by incorporating two functions into one thereby reducing equipment costs and decreasing set up time for field applications These sensors also come with optional Auto Sensor Test capability designated with an AST suffix after the sensor model type e g RIS5I AST AST models offer an internal sensor pulsing capability when used with A or AST capable AE systems with the AST capability such as DiSP MISTRAS LAM or SPARTAN 2000 AST provides an automated means of pul
65. entrfugas htm 41 3 DISENO DEL BANCO DE ENSAYO 3 1 ESQUEMA DEL BANCO DE ENSAYO Figura 10 Esquema del Banco de Ensayo de Cavitacion Fuente Autores En la Figura 10 se ilustra el esquema correspondiente al banco de ensayo que se esta disenando Este banco esta compuesto por 1 Base 42 2 Bomba 3 Deposito 4 Sistema de tuberias 5 Bomba de vacio 3 1 1 Base La base est dise ada con 2 laminas de 4 en acero cuyas dimensiones son de 37 X 32cm y 60 X 60cm dobladas a 10 cm por dos lados de forma paralela en cada una como se muestra en la figura 11 su funci n es la de soportar la bomba y el dep sito incluyendo todo el sistema de tuber as del banco de ensayo Principalmente esta base se compone de dos partes la primera es el soporte de la bomba la segunda es el soporte del dep sito y bomba de vac o Todas estas partes est n unidas entre s con torniller a pintadas con anticorrosivo y pintura sint tica para el acabado Figura 11 Esquema de la base del banco Lamina de 1 4 de espesor Lamina de 1 4 de espesor Angulo de 2 X 1 4 in Angulo de 2 X 1 4 in Fuente Autores 43 3 1 2 Bomba Centrifuga Figura 12 Bomba centrifuga Fuente Autores Se utiliza una bomba centrifuga con las siguientes caracter sticas De construcci n monobloque fabricada en hierro fundido Di metro de succi n y descarga de 1 1 4 Impulsor cerrado fabricado en pl stico de alta
66. equirements and if necessary to custom design sensors for your unique applications at moderate costs 7 7 2 DETECTION OF ACOUSTIC EMISSION SIGNALS Because an acoustic emission sensor converts the mechanical energy carried by the elastic wave into an electrical signal the sensor is more properly termed a transducer The transducer most often used in AE applications is the piezoelectric transducer This choice has been dictated by the ease with which it may be built its inherently high sensitivity and a ruggedness which allows its use in industrial applications The active element of a piezoelectric transducer is a thin disk of piezoelectric material a material which can convert mechanical deformation into electrical voltage This disk is metalized on both faces for electrical contact and mounted in a metal cylinder to provide electromagnetic interference shielding The piezoelectric ceramics commonly used in AE transducers are made of small crystals of titanates and zirconates which are mixed with other materials molded to the desired shape and fired in a kiln The ceramic material is then made piezoelectric by poling which is the process of heating the material above its Curie temperature while the material is in a strong electric field To take advantage of the extreme sensitivity of the piezoelectric transducer it must be attached to the material under observation in such a manner that the acoustic energy passes into the transducer with
67. es Para su construcci n se utiliz una l mina de 14 de espesor a la cual se doblaron por los lados m s largos con el fin de mantener una altura de 10 cm con respecto a la mesa del laboratorio de vibraciones figura 23 Este tipo de base es semejante a las vigas de perfiles en C chanel o viga canal debido a que con las dimensiones requeridas este tipo de perfil no se consigui se opto por esta fabricaci n 7 Adem s se le soldaron cuatro tramos de Angulo de 2 X 1 dos a cada lado para aumentar tu estabilidad La estructura en C m s grande se le agreg cuatro refuerzos para evitar torceduras al a hora de soldar los tramos de ngulos y tambi n para ayudar a la deformaci n por la carga Para tener seguridad se realizo un an lisis en ANSYS el cual se muestra a continuaci n 57 En el entorno de simulacion y por medio del analisis estructural se procede agregar las cargas por medio de componentes para la base grande se aplica una fuerza de 1500 N equivalente a 152 749 kg y a la base pequena se le aplica una fuerza de 200N equivalente a 20 366 kg Ya realizado lo anterior verificamos que el material sea acero estructural y procedemos a realizar la soluci n la cual muestra los siguientes resultados Se presenta un esfuerzo equivalente m ximo igual a 9 4095e6 Pa ubicado en los refuerzos de la base grande como se muestra en la figura 24 Figura 24 Esfuerzo equivalente base grande 2 0911e6
68. esidad de engorrosos pre amplificadores externos el cual incorpora dos funciones en una 62 sola lo que reduce los costos del equipo y dismininuye el tiempo de instalacion para aplicaciones de campo Estos sensores con preamplificador integral se desarrollaron con el fin de lograr una alta sensibilidad y la capacidad de conducir la se al por cables largos sin la necesidad de un pre amplificador por separado 4 3 1 Caracter sticas e Peque o tama o construcci n del acero inoxidable e Rango de funcionamiento 45T y 80 25 C 80C para las versiones AST e Buena inmunidad EMI e Amplio rango din mico gt 80 dB e Bajo nivel de ruido pre amplificador 2 mV e La entrada individual BNC e Ideal para el campo pruebas de laboratorio e Auto sensor opcion de prueba permite la pulsacion del sensor o auto prueba 4 3 2 Descripcion de funcionamiento Los sensores integrales estan completamente encerrado en una caja de acero inoxidable y recubierto para reducir las interferencias RFI EMI al m nimo Adem s se ha aislado t rmicamente la etapa de entrada cr tica del pre amplificador con el fin de proporcionar excelente estabilidad a temperaturas en el rango de 45 T a 80 C Para facilitar el uso los sensores integra les utilizan un cable coaxial con SAE Sensors amp Preamplifiers Users Manual 63 conector BNC para alimentar el pre amplificador y llevar a la salida de la se al El diagram
69. his sensor to each other that detects the event This is useful in calibrating for location It is also useful in performing measurements such as those used in Acousto Ultrasonics where the change in flight time is an important feature The way that this is accomplished is simply by sending a pulse down the preamplifier cable to the preamplifier If the amplifier is equipped with AST capability it has a circuit that detects this pulse When detected this pulsing circuitry generates a pulse with a specific pulse shape that excites the AE sensor Since AE sensors work equally well as pulsers or receivers the pulse causes the AE sensor crystal to deform and generate shock waves that travels throughout the structure These sound waves travel to sensors that are on the structure and reflect even back to the orignial pulsing sensor The pulsing sensor which immediately reverts to a receiving AE sensor at the end of the pulse receives the structural response signals and they are processed as a typical AE hit or event Other sensors on the structure also detect and process the event 113 The main disadvantage to the AST method is the receiving of the main bang This saturates the peak amplitude response of the AE system so that the pulsing sensor always registers a 100 dB amplitude but since this is a high Q type response all the other AE features remain very low in value from the main bang alone In this way energy duration and counts becomes a
70. ica Mayo de 2006 HARRIS Cyril M Manual de Medici n Ac stica y control de Ruido edit Mc Graw Hill 1995 L ALFAYEZ D MBA G DYSON The application of acoustic emission for detecting incipient cavitations and the best efficiency point of a 60 kW centrifugal pump case study NDT amp E international 10 Dic 2004 L ALFAYEZ D MBA G DYSON Detection of incipient cavitations and the best efficiency point of a 2 2MW centrifugal pump using Acoustic Emission EWGAE 2004 MATAIX Claudio Mecanica de fluidos y maquinas hidraulicas segunda edicion Mc Graw Hill 1992 MBA D AND BANNISTER R H 1999 Condition monitoring of low speed rotating machinery using stress waves Part1 and Part 2 ProcinstMechEngrs 213 3 Part E 153 185 88 MORHAIN A Mba D Bearing defect diagnosis and acoustic emission Journal of Engineering Tribology Mech E Vol 217 No 4 Part J p 257 272 2003 ISSN 1350 6501 Mba D 2002 POLO ENCINAS Manuel Turbo m quinas hidr ulica principios fundamentales T BOCZAR M SZMECHTA D ZMARZLY Acoustic Emission Measurements of Acoustically Induced Cavitation Bubbles in Insulating Oils Opole University of Technology 30 Jun 2008 TOUTOUNTZAKIS T and Mba D 2003 Observation of Acoustic Emission Activity during Gear Defect Diagnosis NDT and E International 36 7 471 477 89 ANEXO A CARACTERISTICAS DE LA BOMBA CENTRIFUGA LINEA CARACOL EC 2 EC 203 EC 205 EC 2
71. igura 15 y figura 16 puesto que por razones constructivas la entrada al dep sito debe situarse por debajo del nivel de agua para que no se formen burbujas ni salpicaduras que entorpezcan el funcionamiento de la bomba centr fuga y la bomba de vac o de esta forma no se alteran los valores a medir Esta curva se logra instalando un codo de 90 un tramo de tuber a y otro codo similar La altura de la salida del dep sito debe estar lo mas bajo posible siempre teniendo en consideraci n que esta altura debe coincidir con la altura de entrada de la bomba Figura 15 Esquema del Sistema de tuber as Fuente Autores 47 Figura 16 Sistema de tuberia en el banco Fuente Autores 3 1 5 Bomba de vacio Para ello se utiliz una unidad compresora de 12 hp encontrada en el laboratorio de transferencia de calor en la escuela de Ingenier a Mec nica de la Universidad Industrial de Santander figura 17 48 Figura 17 Unidad compresora utilizada como bomba de vacio Fuente Autores Esta unidad se prob y se modific sus puertos de conexi n para generar vaci en el dep sito logrando disminuir la presi n de succi n de la bomba centr fuga por debajo de la presi n de vapor del agua en este caso 49 3 2 CALCULOS DE DISENO Estan orientados a demostrar que el sistema del banco de ensayo funciona correctamente en condiciones normales y que la base puede soportar toda la estructura del banco de ensayo 3 2 1 Si
72. ilable AE systems that has its power supplied via the DIFFERENTIAL CE output signal BNC These preamplifiers are PREAMPLIFIER small compact low noise differential FR M TO preamplifiers for use with differential gt sensors only with fixed gain and fixed filter SENSOR AE SYSTEM bandwidths On applications where the user knows the specific bandwidth and gain required these preamplifier soffer the most Figure X In Line Differential Preampliber compact low noise low cost solution Several different gain models are available including O dB gain model IL D 20 dB IL 20D 40dB gain IL40D and 60dB gain IL60D It has an active filter built in and optimized sensor selectivity and noise rejection Various filter values are available and are specified at the time of the purchase Automatic Sensor Test AST is supplied as an option This option provides the sensor with the ability to characterize its own condition as well as send out a simulated acoustic emission wave that other sensors can detect 5 2 2 Specifications PhysicalSpecifications e 325in L x 1 13in W x 0 86in H 8 26cm x 2 87cm x 2 22cm e Weight 0 121b 54 grams 102 ElectricalSpecifications EnvironmentalSpecifications Gain 0 20 40 and 60 dB 0 5 dB Temperature 40 C to 65 C e Input Impedance 10kQ I5pF Power Required 18 28Vdc Operating Current 30mA With AST Installed 28mA Without AST Installed e Dynamic Rang
73. imize sensor selectivity e and noise rejection Automatic Sensor Test AST is supplied as an option This option SENSOR AE SYSTEM provides the sensor with the ability to characterize its own condition as well as send out Figure 3 In Line Differential Preamplifier a simulated acoustic emission wave that other sensors can detect 5 3 2 Specifications 103 Physical Specifications e 3 25in L x 1 13in W x 0 86in H 8 26cm x 2 87cm x 2 22cm e Weight 0 12lb 54 grams Electrical Specifications Gain 40 dB 0 5 dB Fixed 10kQ 15pF Input Impedance Input type Single ended inputs signal and ground PowerRequired 18 28Vdc OperatingCurrent 22mA With AST Installed 20mA Without AST Installed DynamicRange gt 80dB Utilizing an R15 Sensor Output Voltage SOQ Load 15Vpp Noise RMS rti lt 2 laV Environmental Specifications Temperature 40 C to 65 C 5 3 3 Standard Filters Filters for the In line single ended preamplifiers are installed at the factory Filter values must be specified at the time of purchase The following are the standard available filter bandwidths for the In Line single ended preamps 15 65 kHz 30 165 kHz 100 450 kHz 215 490 kHz 350 650kHz 32 1100 kHz Contact the factory for values other than those listed above 5 3 4 Installation and Operation Installation of the In line single ended preamplifiers are very easy since there are only t
74. in the main unit thereby insuring that the AE system circuitry is functioning Other important features of this pre amplifier include the following 40 60 dB internal gain selection Factory default set at 40 dB Uses PAC pluggable Band Pass filters for a narrower frequency response which further enhances Signal to Noise and filters out unwanted lower frequency vibrations See 1220A 54 5 Specifications rain IO0mV pF 1000mV pF set by internal jumper equivalent to 40 60 dB gain Bandwidth 1 dB 20K 600kKHz RMS Noise RTT lt 10 uv Dynanuc Range 80 dB Maximum Output l Volts peak to peak into 50 Ohms Quiescent Current 35 mA Filter Module Reguires standard PAC Passive Filters Grain Accuracy dB Test Signal Constant Sine Wave I MHz Bandwidth 0 4V P Maximum Amplitude set at 50 kHz 5 4 4 Installation and Operation Installation of the 1222 Charge Preamplifier is identical to that of any other typical preamplifier Attach the single ended sensor to the signal input of the preamplifier Then connect the Power In Signal Out BNC to the AE system via a co ax cable For the test signal connect a switched 12 volt power source to the Test signal input Whenever power is applied a relay will switch the sensor input to the output of a signal generator and the signal generator signal will be amplified by the preamplifier and sent to the AE system for determination if the preamplifier gain or performance has ch
75. ing element is completely grounded and isolated from mounting surface medidas en milimetros 28 D4 116 117 Y CERTIFICADO DE CALIBRACI N DEL SENSOR i ha 1 AT k T 4 ue IB I F n r if P3 j 1 pr T eM 2 2 if TU r TT P om TT onm TT TTE EDITUM FAA Y 1s SS et iiti i x f eap a 4 4 JE I a 1 iv URN Fe ANY AMIA pl h Y M feat T e d y A AA By A esuodsoy josues 3v jo Amaronpouday ayy Buuruuejeq 10j apio 9 63 piepueis 8 uo peseq Bojopoujeui uoneXqie suotje yreds Oyd uj peusiqejse Spuepuejs Eais ud pue jejueuuoJ Aua je SAWU JOSUAS SIU jeu saure Dd ZHN 00 06 0 080 040 090 0S 0 0v 0 0 Se e ee a o u gt 5 g lt 318vVO 140 X jueululo WN g pasal 6 14S zpx boj4 yeeg N S 4054959 OL0z 9 jg ejeg 1591 t992 gp enjeA xew LSV NIGM awWeN 105165 aLVIIAILYAD NOI LVHSITVO HOSN3S IJV iW NER ae ee RC TI e disnei SY ORA bAG NA ls e noie dn te cf a 2 1 il AN a 118 ANEXO D MANUAL DE USUARIO DEL BANCO DE CAVITACION El banco esta provisto por los siguientes elementos 9 Bomba centrifuga de 1 2 hp a 220 v marca Barnes Dep sito Tuber a de PVC de Y V lvula de globo en bronce para regulaci n de flujo a la en
76. inspecci n se logra siempre y cuando la bomba est en un lugar accesible y en ambientes en los cuales el operador o la persona a cargo puede escuchar Muchas de estas est n en ambientes muy ruidosos y de poco acceso como se ve en muchas plantas de producci n Por las razones anteriores se desarrolla la presente tesis de grado titulada Banco de pruebas para el an lisis de cavitaci n en una bomba centr fuga mediante el an lisis de emisiones ac sticas Este banco permite al estudiante de pregrado conocer e interactuar con el fen meno de cavitaci n presentado en 19 bombas centr fugas desarrollando una t cnica de mantenimiento predictivo para la detecci n del mismo El cap tulo 1 tiene como fin presentar los conceptos fundamentales del fen meno de cavitaci n y teor a de emisiones ac sticas los cuales son el principio b sico y motivo de realizaci n de este proyecto Este an lisis define todos los t rminos utilizados en este estudio y explica la diferencia entre NSPHd Y NSPHr adem s explica todo lo referente a ondas de sonido y su clasificaci n seg n frecuencia audible El cap tulo 2 presenta las caracter sticas del banco y sus c lculos de dise o y operaci n mostrando un circuito cerrado que trabaja en condiciones normales dentro de los l mites permitidos por el fabricante de la bomba y dem s accesorios incluidos en el circuito con una eficiencia muy aceptable El cap tulo 3 muestra la mo
77. isis Se tomo los espectros en 1 Bomba trabajando en condici n normal 2 Bomba con cavitaci n incipiente 3 Bomba con cavitaci n severa Los espectros fueron tomados en el mismo punto en la carcasa de la bomba para cada caso la escogencia de este punto de contacto se llevo a cabo con pruebas preliminares en diferentes puntos de la carcasa hasta encontrar el m s adecuado para el estudio de la se al dejando como resultado el punto mostrado en la figura 3 donde se muestra los puntos de las diferentes pruebas dando como resultado que el punto 1 es el mejor para realizar la inspecci n en la bomba centr fuga Figura 3 Punto de contacto entre el sensor y la carcasa de la bomba 5 AN LISIS DE DATOS 5 1 Caso 1 caudal 100 Tabla 1 Datos del caso 1 110316 29997 5 143091 0097 H 3 13 874 m 138 Tabla 2 Valores RMS Tabla 3 Datos del caso 2 ESTADO RMS 110816 246646 13 7595 0 097 13 3467 m Figura 4 espectros caso 1 H 3 Tabla 4 Valores RMS normal incipient cavitation 0 3 severe cavitation ESTADO RMS 025 0 0067 PP Cavitaci n incipiente 0 0103 0 0139 2015 E Figura 5 espectros caso 2 normal incipient cavitation severe cavitation e o 4 5 Frecuency Hz x 10 Amplitude Y f En la figura 2 se observan los espectros correspondientes a las casos normal incipiente y cavitaci n se
78. la de bola Antes de remover hay que tener en cuenta que el circuito hidr ulico tuber as bomba y accesorios contiene agua lo cual hace necesario conseguir un recipiente en el que se deposite toda esta agua Se procede a soltar la uni n universal inferior Figura5 y bajo esta colocar el recipiente para recoger todo el l quido e ya realizado lo anterior se puede proceder a remover el elemento deseado 2 Encendido y apagado de la bomba centr fuga y bomba de vac o El banco cuenta con un caja de control con el cual se activan y se desactivan la bomba centr fuga y la bomba de vac o de forma independiente ver figura 5 Caja de control frontal 124 Figura 5 Caja de control lado pulsadores Fuente Autores En la parte posterior del tablero de control se encuentra ubicados los fusibles uno para cada fase y el interruptor de encendido del tablero y en su parte frontal se encuentran los pulsadores de accionamiento de la bomba centrifuga y la bomba de vaci marcados respectivamente y un indicador luminoso de color rojo el cual indica que el circuito esta energizado ver figura 6 Caja de control trasera Figura 6 Caja de control trasera Fuente Autores 125 El manejo es sencillo para el accionamiento y parada de la bomba centr fuga y la bomba de vaci se tiene dos pulsadores uno verde acci n y otro rojo parada para cada uno En tablero est constituido por un circuito l gico co
79. late the critical input stage of the pre amplifier in order to provide excellent temperature stability over the range of 45 C to 80 C For ease of use the integral sensors utilize a standard coaxial cable with BNC connector to power the pre amp and carry the output signal The complete block diagram of the integral sensor is shown below in Figure 1 Figure 1 Integral Sensor Black Diagram 4 3 Specifications Electrical Specifications Gain Peak Sensitivity 40 1dB Noise RMS rti 30 dB ref 1 V mBar Dynamic Range 2 uV Output Voltage gt 80 dB Power Required gt 15 Vpp into 50 Ohms 28 AST Pulse 28 V at 100 mA AST Trigger 24 Volt 0 4 microseconds into crystal lt 2 Volts at preamplifier output Completely enclosed power crystal for RFI EMI Immunity 98 Physical Specifications Temperature C 45 to 80 25 80 for AST Shock Limit g 500 Case material Face material Stainless steel 304 Ceramic Grounding Case grounded and isolated from mounting surface Connector type BNC Connector location Side TC option provides a Top mount connector Directionality dB 1 5 Seal type Epoxy Pressure lt 400 psi hydrostatic pressure Sensor Model Cres cabins 15 34 MD enc drive cane HIS um Epis il I i w RCG 58 AU cable lans dia x hi immi E E ht imi Weight umi Paak ens h vit Raf tomay Rel V mhar Operating frequency range kHz Rennant freque
80. ltiplicado por su escala d DATOS DEL OSCILOSCOPIO PARA EL VECTOR c FUNCIONAMIENTO CAVITACION SEVERA D d escala vector cavitaci n 3 frecuenciademuestreo 1 periodo NA length A NUMERO DE ELEMENTOS DEL VECTOR A NB length B NUMERO DE ELEMENTOS DEL VECTOR B NC length C NUMERO DE ELEMENTOS DEL VECTOR C ND length D NUMERO DE ELEMENTOS DEL VECTOR D 70 nfft 2 nextpow2 NA VALOR DE n DE 2 n fft A nfft NA 2e FFT DEL VECTOR A BFFT fft B nfft NB 9e FFT DEL VECTOR B CFFT fft C nfft NC 96 FFT DEL VECTOR C DFFT fft D nfft ND e FFT DEL VECTOR D f frecuenciademuestreo 2 linspace 0 1 nfft 2 NAFFT length AFFT NNUEMRO DE ELEMENTOS DEL VECTOR NBFFT length BFFT NNUEMRO DE ELEMENTOS DEL VECTOR BFFT NCFFT length CFFT NNUEMRO DE ELEMENTOS DEL VECTOR CFFT NDFFT length DFFT NNUEMRO DE ELEMENTOS DEL VECTOR DFFT Plot single sided amplitude spectrum plot f abs AFFT 1 nfft 2 c f abs BFFT 1 nfft 2 b f abs CFFT 1 nfft 2 m f abs DFFT 1 nfft 2 r title Espectro de la senal xlabel Frecuencia Hz ylabel Amplitud Y f ARMS norm AFFT sart BRMS norm BFFT sqrt CRMS norm CFFT sart DRMS norm DFFT NAFFT VALOR RMS DEL VECTOR AFFT NBFFT VALOR RMS DEL VECTOR BFFT NCFFT VALOR RMS DEL VECTOR CFFT NDFFT VALOR RMS DEL VECTOR DFFT sqrt 71 5 ENSAYO DE CAVITACION DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
81. ma de tuberia en el banco 48 Figura 17 Unidad compresora utilizada como bomba de vac o 49 Figura 18 Nivel de agua del dep sito 50 Figura 19 Banco de cavitaci n 52 Figura 20 Longitudes mm de los tramos del sistema de Tuber as 53 12 Figura 21 Curva de la bomba de Q vs Hbb Figura 22 Punto de corte entre la curva de la bomba y la del sistema Figura 23 Base del banco en Solid Edge Figura 24 Esfuerzo equivalente base grande Figura 25 Factor de seguridad de la base Figura26 Sensor acustico WDIU AST Figura 27 Tipos de acopladores Fuente AE Sensors amp Preamplifiers Users Manual Figura 28 Diagrama de bloques del sensor Figura 29 Circuito alimentador del desacoplador de se al Figura 30 Esquema para la captura de la senal Figura31 Sistema para la captura de la senal Figura 32 Conexion sistema de adquisicion Figura 33 Memoria SD en el osciloscopio Figura 34 Banco de cavitacion por vacio Figura 35 Puntos de inspeccion Figura 36 Analisis de los puntos de inspeccion Figura 37 Esquema acustico caso 1 Figura 38 Esquema acustico caso 2 Figura 39 Esquema acustico caso 3 Figura 40 Esquema acustico caso 4 13 54 55 57 58 59 60 62 62 64 65 66 67 67 68 73 78 79 80 81 82 83 LISTA DE TABLAS Pag Tabla 1 Lista de piezas de la bomba 22 Tabla 2 Tension superficial y presion de vapor del agua 29 Tabla 3 Comportamiento de la bomba 45 Tabla 4 Datos obtenidos en el diseno hidra
82. mp 1 Lon i 20Wpp L MEER Sak Hr tr 42H Mona AES rok Filter Frequency 20d 8 H espumse Hid RIS RIS Il Aesar Ske Ri 3 uM 14 uv k uy Las 24i MI 5 uv oy Sundad Tier 30mA With AST Installed 28mA Without AST Installed 75dB Utilizing an R15 Sensor Physical Specifications 5 121m L x 2 3 8 W x 1 3 8 H 13 97cm x 6 03cm x 3 49cm Weight 0 4510 205grams 3015 td H ES Pr OM A AS TEE dt avon A2 dH Ad HB 24010 ALE Wi AIS Inparr innu int Senor Ao frarted fanned Stoned 101 WEJ Gain Related Specifications Gain Selection dB ZUB 40d B Bandwidth 3dB 10k Hire 5M Hz 1Uk Hz 25M Iz Output Voltage 501 Load iVm 20Wpp a0 Vpp CMER 300k Hz 29dB 234 284 Mage RMS Filter Frequency fd IUdH Ad H Td BE Response EIS EIS EIS Il Sener Apnsar ener Shared 135k 185k 5 1 3 Installation and Operation The 0 2 4 and 2 4 6 use similar pluggable filters as the 1220A Please refer to section 5 7 for standard filter values available for this preamplifier however use part number 2 14 40 rather than 1220A when specifying filters for this family Also refer to the section 5 7 of the 1220A preamplifier documentation for installation of filters as well as preamplifier installation 5 2 In Line Differential Preamplifiers IL XX D 5 2 1 Description The Inline Differential Preamplifier was designed to be used with all ava
83. n los siguientes elementos e Dos contactores a 220 V e Unrel a 220 V e Dos pulsadores normalmente abiertos verdes e Dos pulsadores normalmente cerrados rojos e Dos condensadores e Dos porta fusibles con fusibles de 30 A e Un interruptor de doble fase e Un indicador luminoso led de 220V Conectados como se muestra en la figura 7 Plano el ctrico 126 Figura 7 Plano el ctrico BOMBA CENTRIFUGA Fuente Autores 127 ANEXO E DESACOPLADOR DE SENAL Tarjeta alimentadora desacopladora para el sensor Circuito de alimentar le sensor con 28 V d c y desacoplado de la senal ver figura 1 Figura 1 Esquema del circuito de electr nico Fuente Autores 128 Figura 2 Lista de elementos 1 E 0 1u 1 2 C2 J200u C2V8 3 ie 0 1u 1 4 ET 100u C1 5V8V 5 ES lu C1V7 amp C6 lu C1V7 7 Di DIODE D4 a D2 DIODE D4 H D3 DIODE D4 10 D4 DIODE D4 11 ACC C2 12 paa 3 3mH C2 13 P3 Sensor C2 14 Ba OUT C2 15 El 120 R4 16 R2 51 R4 17 REV1 5k POT LIN 18 LM317A TO220 Fuente Autores Pistas para la conexi n de los elementos segun el circuito electr nico figura 3 Figura 3 Pistas Fuente Autores 129 Forma final para realizar el estampado de la tarjeta ver figura 4 Figura 4 Forma para el estampado Fuente Autores Figura 5 Tarjeta con sus componentes instalados Fuente
84. ncuentra en un formato csv estos datos se pueden leer por medio de Excel los cuales permite trabajar en Matlab de forma sencilla y as obtener el espectro ac stico y su respectiva transformada FFT 4 PRUEBAS Para realizar el estudio propuesto se plantearon cuatro 4 escenarios en los cuales se tienen diferentes grados de severidad en la cavitaci n estos son 137 Escenario 1 100 del caudal nominal 42 gpm Escenario 2 95 del caudal nominal 40 gpm Escenario 3 83 del caudal nominal 35 gpm Escenario 4 60 del caudal nominal 25 gpm Para cada escenario se registr presi n de succi n Ps presi n de descarga Pd y presi n en el tanque Po la cual variamos hasta alcanzar la presi n de vapor del agua y lograr que la bomba Cavite a diferentes niveles estos datos se calcula la altura alcanzada por la bomba H siendo este ltimo t rmino nuestra gu a para determinar la ca da del 3 en la altura en la que la cavitaci n se considera incipiente se calcul una relaci n porcentual entre H 3 H como gu a para la toma de los espectros es decir H 394 mm HG 1 se tiene cavitaci n incipiente con una ca da del 3 de la altura alcanzada por la bomba 9 12 13 En cada escenario se tomaron tres espectros correspondientes a la condicion normal cavitacion incipiente y cavitacion severa y se calcul el RMS para cada muestra y se utiliz como un indicador de falla para el respectivo an l
85. ncy MOTE 1 response o planea waves angle of incidence normal tr face of sensor enates repasa lo 3urfaca waves anule ol incidence taniere ar paralel do face of denaari 5 PREAMPLIFIER INTRODUCTION Physical Acoustics has a wide range of preamplifiers for use with our systems There is a need for different types of preamplifiers due to different applications specific environmental needs and cost constraints Below is a short description of each preamplifier family in PAC s line of preamps Following that is a specification sheet and additional information regarding each type 2 4 6 Preamplifier Family The 2 4 6 preamplifier family includes the 0 2 4 meaning gain ranges of OdB 20 dB and 40 dB and 2 4 6 meaning 20 dB 40 dB and 60 dB gain ranges Other family members include the 0 2 2 4 and 4 6 preamplifiers This family of preamplifiers is meant to replace the industry s most famous preamplifier the 1220A This is our premiere preamplifier and is meant for laboratory use when the customer is not sure about the gain that his her application will need or the frequency bandwidth These preamplifiers were designed to be used with all available AE systems that have their power supplied via the output signal BNC Provided with three selectable gain settings switch selectable this preamplifier operates with either a single ended or differential sensor Plug in filters provide the flexibility to optimize sensor selectivity and
86. nd 2 4 6 pre amplifiers were designedto be used with all available AE systems that has its power supplied via the output signalBNC The 0 2 4 is supplied with0 20 40 dB gain switch selectable while the 2 4 6 is supplied with20 40 60 dB gain These pre E PHYSICAL POWER SINGLE Ass SIGN AL INPUT 2 4 76 SELECT PREAMPLIFIER GAIN 69 dB SELECT J 20 dB i DIFFERENTIAL 40 dB Figure2 24 6 Preanp lifer amplifiers operate with either a single ended or differential sensor Plug in filters provide the user with flexibility to optimize sensor selectivity and noise rejection These filters are provided in the Low Pass LP High Pass HP and Band Pass BP configurations and offers constant insertion loss for easy filter Swapping without the need for recalibration Automatic Sensor Test AST is supplied as an option This option provides the sensor with the ability to characterize its own condition as well as send out a simulated acoustic emission wave that other sensors can detect 5 1 2 0 2 4 and 2 4 6 Specifications ElectricalSpecifications e Gain Selectable 0 2 4 0 20 40 dB 0 5 dB Environmental Specifications Temperature 40 C to 65 2 4 6 20 40 60 dB 0 5 dB e Input Impedance Power Required Operating Current 10kQ 15pF 18 28Vdc Dynamic Range 80dB 50Q Input 2 4 6 Gain Related Specifications Crain Selection 20H Bandwidth s3dB likti ST Fe Outat Voltage 5 a
87. nes en los transductores EA est n hechos de peque os cristales de titanatos y zirconates que se mezclan con otros materiales se moldean a la forma deseada y cocina en un horno Para aprovechar la alta sensibilidad del transductor piezoel ctrico se debe garantizar que la energ a ac stica pase al transductor con una p rdida m nima entre el objeto en observaci n y el transductor Esto se logra por medio de capas finas de grasa aceite o el adhesivo epoxi entre el transductor y el objeto en observaci n 4 2 TRANSFERENCIA DE LAS EMISIONES AC STICAS Cuando un sensor simplemente se ha colocado en la superficie del objeto de estudio se encuentra que el sensor produce una se al muy d bil Si una capa delgada de un l quido se coloca entre el sensor y la superficie del objeto se obtiene una se al mucho m s fuerte El uso de alg n tipo de acoplador es casi imprescindible para la detecci n de se ales de bajo nivel ac stico F sicamente esto se explica al observar la onda ac stica como onda de presi n transmitida a trav s de dos superficies en contacto En una escala microsc pica de las superficies del sensor y el objeto son muy speras s lo algunos puntos se tocan cuando est n en contacto Si los espacios microsc picos est n llenos de un fluido la presi n ser transmitida de manera uniforme entre las superficies AE Sensors amp Preamplifiers Users Manual AE Sensors amp Preamplifiers Users Manual 61
88. ng to uncover the nature of the AE source event the piezoelectric transducer has proven time and again to be more than adequate for most general nondestructive testing applications 96 7 8 3 AE TRANSFER COUPLING When a sensor has simply been placed on the surface of the material containing the acoustic wave it is found that the sensor produces a very weak signal If a thin layer of a fluid is placed between the sensor and the surface a much larger signal is obtained The use of some type of couplant is almost essential for the detection of low level acoustic signals Physically this can be explained by looking at the acoustic wave as a pressure wave transmitted across two surfaces in contact On a microscopic scale the surfaces of the sensor and the material are quite rough only a few spots actually touch when they are in contact Stress is force per unit area and the actual area transmitting a force is very small If the microscopic gaps are filled with a fluid the pressure will be uniformly transferred between the surfaces For a shear wave with a variable strain component parallel to the surfaces again very little strain will be transferred between the surfaces because of the few points in actual contact In this case filling the gaps with a low viscosity liquid will not help much since such a liquid will not support a shear stress However a high viscosity liquid or a solid will help transmit the parallel strain between surfaces The purpose of
89. noise rejection These filters are supplied in the Low Pass LP High Pass HP and Band Pass BP configurations and offer constant insertion loss for easy filter swapping without the need for recalibration Auto Sensor Test AST allows the sensor to characterize its own condition as well as 99 send out a simulated acoustic emission wave that other sensors can detect There s also a C version available 1220 Series Preamplifiers PAC s family of 1220 Preamplifiers offers the versatility of interchangeable filters for matiching different sensors and dealing with diverse noise environments Low noise outstanding dynamic range and superior techniques for avoiding the pickup of EMI are the cornerstones for PAC s long standing leadership in this vital area The family of 1220 Preamplifiers features single and differential input switchable 40 60 dB gain and replaceable bandpass filters with values from 10 kHz to 1 5 MHz There are three versions of the 1220 Preamplifier the 1220A is powered by 28 volts which uses the single BNC for both power and singal This model has been replaced with the 0 2 4 and 2 4 6 family of preamplifiers However if there is need for this preamplifier to match those already in use PAC 15 happy to supply it The 1220B is powered by a separate 15 volt source This uses a BNC connector for signal output and a Lemo connector for power input 1220C also separates the power input from the signal output It uses tw
90. nte la deformaci n etc Las ondas el sticas se mueven a trav s del s lido hacia la superficie donde son detectadas por los sensores Estos sensores son transductores que convierten las ondas mec nicas en ondas el ctricas De este modo se obtiene la informaci n acerca de la existencia y ubicaci n de posibles fuentes Esto es similar a la sismolog a donde las ondas s smicas alcanzan las estaciones situadas en la superficie de la tierra Luego del procesamiento de las se ales se obtiene la ubicaci n de los centros s smicos 6 7 10 Las bombas centr fugas siempre tienen un componente de vibraci n importante en la frecuencia de paso de labes que es igual al n mero de labes de la impulsora por las RPM Si la amplitud se incrementa de manera significativa por lo general se le atribuye a un problema interno como una desalineaci n da o en los labes o cavitaci n 10 11 Las ventajas de las EA como herramienta clave para monitorear una m quina rotodin mica para localizar zonas de alta actividad de energ a asociadas a fallas se enfocan a la detecci n en l nea siendo clave para el mantenimiento predictivo alguna de estas fallas son 10 11 12 e Detecta fallas que s lo se manifiestan con el equipo energizado y en situaciones de alta 136 o baja carga e Se pueden filtrar ruidos ambiente y normales de operaci n e Se obtiene la posici n de la falla e Se pueden analizar unidades cr ticas
91. o separate BNC connectors one for 28 volt power and one for signal output In Line IL Series Preamplifiers The In Line series of preamplifiers are small square x 2 2 long low cost preamplifiers that are available for those applications where there is a known specific preamplifier requirement These preamplifiers have a fixed gain 0 20 40 or 60 dB fixed frequency bandwidth various filters are available and specific sensor input connection single or differential all which are specified at the time of purchase The result is a very small simple just two connectors and lower cost preamplifier that is easy to install and use 1222 Charge Preamplifier A charge preamplifier is used in cases where there is a need for long lengths of sensor input cable Charge preamplifiers do not suffer from distance attenuation effects like a voltage preamplifiers do They maintain the signal amplitude regardless of distance from the passive sensor to the preamplifier Our 1222A Charge Preamplifiers work with our entire range of single ended sensors and feature internally selectable 40 60 dB gain standard PAC Pluggable filters with bandwidths of 20 600 kHz and built in test signal and control They are directly compatible with all PAC systems using the single Power signal AE input BNC connection 122515 Intrinsically Safe Preamp Sensors Barriers The 1225IS family of components are used in hazardous gaseous environments that require chass IIC Intrin
92. onidos se abarcan las vibraciones de los l quidos y las de los gases pero no la de los s lidos stas ltimas gracias a sus aplicaciones y su problem tica se han convertido en una ciencia aparte llamada vibraciones mec nicas 2 1 1 2 Sonidos audibles El espectro audible lo conforman las audiofrecuencias es decir toda la gama de frecuencias que pueden ser percibidas por el o do humano Un o do sano y joven es sensible a las frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20 kHz No obstante este margen var a seg n cada persona y se altera con la edad llamamos presbiacusia a la p rdida de audici n con la edad Este rango equivale muy aproximadamente a diez octavas completas 2 1024 El espectro audible se puede subdividir en funci n de los tonos 36 1 Tonos graves frecuencias bajas correspondientes a las 4 primeras octavas esto es desde los 16 Hz a los 256 Hz 2 Tonos medios frecuencias medias correspondientes a las octavas quinta sexta y s ptima esto es de 256 Hz a 2 kHz 3 Tonos agudos frecuencias altas correspondientes a las tres ltimas octavas esto es de 2 kHz hasta poco m s de 16 kHz 2 1 1 3 Ultrasonido o sonograma Se podr a entonces definirse como un tren de ondas mec nicas generalmente longitudinales originadas por la vibraci n de un cuerpo el stico y propagadas por un medio material y cuya frecuencia supera la del sonido audible por el g nero humano 20 000 ciclos s
93. plifier with a normally supplied 1233 power cable no ground connection is made through the cable Only a shield is provided in order to prevent possible ground loop problems increased noise in the system The ground is made through the shield or ground of the Output BNC connection 1234 Power 28 VDC is connected to the preamplifier here via a standard BNC cable PAC 1234 or 1234A Figure 7 shows wiring connections of the preamplifiers Look up the corresponding number that describes the connection or control 110 PAR CABLE Fj d F PAC Wiima f in 1 f x cman eS omes 9 i hi f 1233 coax TEW E us pais d BERGE E T M IF Ba Cia R Did a ad CLAU IN enu F EB SIN uL Lem T ETRAS A maid Rum d i t i i A D amp mc FAL Figure 7 1220 Wiring Connection Operation and cable hookups differ only slightly for each version of the preamplifier Input hookups are identical for the 1220A B C Figure 7 while output connections require a different configuration 5 7 3 Preamplifier Installation and Operation 1220A Installation and Operation Connect a 1234 BNC to BNC signal cable from the preamplifier Output to the jack marked AE IN on the analyzer 2 Select the AE input desired single or differential 3 Attach the appropriate sensor and cable to the preamplifier input connec
94. por lo que es un dato que debe proporcionar el fabricante en sus curvas de operaci n NPSH disponible depende de las caracter sticas de la instalaci n y del l quido a bombear P NPSHd z Hp Hvapor Y Donde y es la gravedad espec fica del l quido adimensional P es la presi n en el nivel de aspiraci n z es la altura geom trica de aspiraci n en metros Hp es la p rdida de carga en la l nea de aspiraci n en metros Hvapor es la presi n de vapor del l quido a la temperatura de bombeo 1 2 CAVITACI N EN BOMBAS CENTR FUGAS Por cavitaci n se entiende la formaci n de bolsas localizadas de vapor dentro del l quido pero casi siempre en las proximidades de las superficies s lidas que limitan el l quido 25 Supongamos que en un tramo del labe debido a p rdida de carga la presi n es inferior a la presi n de vapor del l quido se formar una bolsa de vapor Esta bolsa en su recorrido por el labe llegar a una zona de presi n superior a la tensi n de vapor Instant neamente toda la fase de vapor pasar a liquida El Volumen que ocupaba aquella bolsa de vapor ser ocupado por el l quido en forma violenta Esto es traducir en un golpeteo sobre el labe que lo erosiona Este esfuerzo intermitente a trav s del eje se ejercer sobre los cojinetes as como sobre los cierres mec nicos Si se permite funcionar la bomba en estas condiciones durante cierto tiempo puede llegar a de
95. rating voltage and signal run on the same line and are internally isolated in the preamplifier A variant of the 1220A which is the 1220A AST is externally connection and powerwise identical to a 1220A except that a special AST Auto Sensor Test circuit has been added to provide a 25 volt pulse directly to the sensor attached to the preamp input when the 28 volt power is momentarily interrupted Several PAC systems such as SPARTAN 2000 MISTRAS DiSP and LAM have the capability built in to create an AST pulse in this manner This capability is advantageous in multiple channel situations for determining the sensor response coupling efficiency and distance from another pulsing sensor In the 1220B preamplifier the output and power run on separate cables The preamplifier is powered by 15 VDC A 1234 cable is used for the output and the power cable is a PAC Model 1233 In the 1220C preamplifier the output and power are also run on separate cables but the preamplifier uses a single ended power supply 28 VDC A PAC 1234 BNC BNC cable is used for the output while another PAC 1234 or PAC 1234A BNC to pigtail is used for the power connections Below is a table showing the different values of high pass low pass and band pass filters available for these preamplifiers STANDARD PLUG IN FILTERS HIGH PASS BAND PASS LOW PASS PART FREQUENCY PART FREQUENCY PART FREQUENCY 1220 3H 3kHz 1220 20 1008P 20 100 kHz 1220A 400L 400 kHz 122
96. rd available filter bandwidths for the 1227 preamps 30 200 kHz 60 400 kHz 150 600 kHz 220 900 kHz Contact the factory for values other than those listed above 5 5 4 Installation and Operation Installation of the 1227 single ended preamplifiers are very easy since there are only two connectors to connect and no configuration switches Simply connect a single ended sensor to the input BNC of the of the 106 preamplifier and connect the output BNC of the preamplifier to the AE system channel input Be careful not to reverse the connections as damage may occur 5 6 1227WT High TemperaturePreamplifier 5 6 1 Description The Wide Temperature Preamplifier was designed to be used in very extreme temperature environments It is for use with all available AE systems that has its power and output signal on the center conductor Both input and outputs of the 1227WT utilize SMA type connector BNC s are optional The preamplifier is built in a narrow diameter stainless steel tube for reliability and ruggedness It is supplied with 20 dB gain and operates with a single ended sensor only Pulse through Sensor Testing provides the ability to allow a pulse to travel from the AE system through the preamplifier to the sensor The magnitude of the impulse going through the preamplifier can be up to 200 volts 5 6 2 SpecificationsEnviron mentalSpecifications Temperature 47 C to 175 C 50 F 350 F Vibration gt 40 G 0 2 kHz
97. results One additional mode with AST is the ability of saving a previous test to use as a comparison with a later AST test In this way a nice report is generated to indicate the statistical deviation from the Trained file and provide pass fail information as a result Consult your software manual for more information on the use of AST in PAC s multichannel AE systems 7 1224 SERIES REPEATER AMPLIFIER 7 1 Introduction Physical Acoustics 1224 series repeater amplifiers are in line driver amplifiers meant to restore the AEsignal level when driving long co ax cables The 1224 was developed for use with Acoustic Emission AE systems in production and laboratory applications Its circuitry uses low noise and high reliability components The 1224 series repeater amplifier has been specifically designed to compensate for signal losses over long cable lengths It is used between the AE system and the AE preamp when cable lengths exceed 1000 feet Therefore it is recommended that 1224 s be used at spacing of 1000 feet 7 2 Specifications Typical specifications for the 1224 series repeaters are as shown below 114 1224 Specifications a 28 Volts a Crain 10 dB min or 20 dB max Frequency response 3 dB 1 6 kHz to 2 5 MHz small signal l kHz to 1 0 MH large signal Vpk pk output max y 8 Vok pk into 50 Ohms Static current 20 38 mA depending on gain setting supply voltage 14 28 Volts DC Noise RTI 43 UV No filter 14 Lu
98. s acusticas EA han mostrado una clara relaci n proporcional entre las EA y cavitacion se observ aumento en RMS a diferentes niveles de las EA Sin embargo se observ una reducci n del RMS en nivel de cavitaci n por encima de la incipiente en todos los escenarios y en diferentes pruebas Esto sugiere que la t cnica de las EA es m s eficaz en la detecci n de la cavitaci n incipiente y en comparaci n con estados de cavitaci n m s elevados Se observa que las frecuencias est n dentro del rango esperado siendo este intervalo de an lisis entre 200 KHz y 600 KHz y tambi n se puede apreciar en las graficas que tiene un claro comportamiento aleatorio Se comprobaron las ventajas de la utilizaci n de las EA para el mantenimiento predictivo comparado con otras t cnicas se pueden resumir en e Es un m todo no intrusivo en su totalidad e Toda la informaci n se consigue con un s lo sensor lo que se compara favorablemente con sistemas basados en vibraci n que frecuentemente necesita de varios aceler metros e Se puede detectar la falla antes de que ocurra es decir en un estado incipiente e No necesita de aislamiento ac stico con el entorno Se construy un Banco para pruebas de cavitaci n por medio de vac o en el dep sito ubicado en el laboratorio de vibraciones mec nicas el cual permitir a los alumnos del rea de turbom quinas hidr ulicas y vibraciones mec nicas determinar el comportamiento de la cavi
99. s the advantage in that the signal amplitude is unchanged 104 5 4 2 1222 Preamp Description The figure shows the outline of the 1222 Charge Preamplifier It has 3 single ended BNC connectors for use with Co axial cables The pre amp accepts inputs from PAC and other single ended AE piezoelectric sensors anywhere in the frequency range of 20 600 kHz The following is a description of each of the connections PARA IN SIGNAL OLITPUT SENSOR INPUT 1222 CHARGE PREAMPLIFIER TEST SIGNAL POWER Figure 5 1222 Charge Preamplifier Sensor Input This is the input from the AE single ended sensor The sensor cable is connected to this connector Power In Signal Out The Power In Signal Out connection supplies 28 volts DC power from the AE Main unit to the pre amplifier Also on the same center conductor is the amplified AE signal output for processing by the AE Main unit This is accomplished by floating the AE signal on the DC voltage Test Signal Power The Test signal power BNC connection allows for the user to initiate a pre amp system test by applying a 12 volt DC level to this input Upon application of this voltage a relay is energized inside the pre amp that disconnects the AE sensor from the input of the pre amp and connects a signal generator with a known voltage into the input Applying a known signal level at the input of the pre amplifier allows the user to monitor the entire amplification chain
100. sically safe IS apparatus They are a direct replacement for the Physical Acoustics standard line of Sensors and 1220A preamplifiers The IS sensors R6 IS R15 IS and RWD IS and the preamplifier 1225A are designed and certified for use within the hazardous area while the barrier 1225B is attached to the preamplifier and is installed outside the hazardous area where it is connected to the AE instrument Therefore this series of sensor and preamplifier is used when the AE system can be installed outside the hazardous area The 1225A IS preamplifier must be used in combination with the listed IS sensors and 1225B barrier It features 20 40 dB selectable gain pluggable High Pass and Low Pass filters and operates with PAC s standard single Power Signal BNC 1227 Series Preamplifiers This family of preamplifiers offers 20 dB AE signal gain and very low power operation 3 milliamp typical The 1227A is designed for standard 50 Ohm AE systems while the 1227B is designed for 600 Ohm AE systems Both models use PAC s standard single Power Signal BNC These preamplifiers are very small 0 7 square by 2 5 long and low cost 1227WT Preamplifier The PAC 1227WT preamplifier offers 20dB AE signal gain like the 1227A with the exception that it operates in a wide temperature range of 47 C to 175 C Also there is an optional pulse Through sensor calibration capability 100 5 1 0 2 4 amp 2 4 6 Preamplifiers 5 1 1 Description The 0 2 4 a
101. sing and receiving a simulated AE burst that is coupled to the structure AST tests the entire AE signal processing chain starting with the sensor coupling through the sensor and preamplifier cabling and AE system electronics This is useful for testing individual sensor coupling verifying the response of other sensors attached nearby to the same structure establishing inter 27 sensor timing parameters that can be used to determine sensor spacing and providing verification of the repeatability of the AE sensors throughout the AE test These integral preamplifier sensors were developed with the purpose of attaining high sensitivity and the capability of driving long cables without the need of a separate pre amplifier In addition they connect directly to all existing PAC AE instruments and systems and are also compatible with other manufacturers systems 4 1 Features e Small size stainlesssteelconstruction Operation range 45 C 80 C 25 C 80 C for AST versions e Good RFI EMI immunity e Wide dynamicrange gt 80 dB e Low noise pre amp 2 iV e Single BNC input output power signal e Interchangeable with existing pre amp sensors e Ideal forfield labtesting e Auto Sensor Test option allows for sensor pulsing or self test 4 2 Functional Description The integral sensors are completely enclosed in a stainless steel case and coated to minimize RFI EMI interference In addition care has been taken to thermally iso
102. ss remove filter in cases where the broadest possible bandwidth is desired ei ipl Lie AL FETTE Figure 9 Removing and Bypassing a Filter Using a l uF Capacitor Figure 10 16 a block diagram of the 1220 series preamplifier Infernal circuitry for the 1220 A B C is identical except for minor differences in the output and power distribution sections Optional ee 25 volta Plug in 3 Filter Moduls a 1 Ditterential X input Postamp Output 3 BNC np Preamp Amp Figure 10 Preamplifier Block Diagram 112 Input Select Input selection consists of a low noise differential amphifier for high gain high common mode rejection and maximum sensitivity to low level input signals This amplifier is then buffered by a 20 dB gain low output impedance post amplifier which chives the PAC plug in fifth order high pass low pass and bandpass filters Gain Select The output stage consists of a hybrid 20 40 dB gain high speed amplifier and a 50 Ohm output buffer for large power bandwidth while driving long cables Two user adjustments are provided for calibration 6 AUTO SENSOR TESTING Auto Sensor Test AST is a unique and special capability that has been built within our SPARTAN 2000 MISTRAS DiSP LAM and PCI 8 systems The AST feature allows our AE systems to control a pulser that is integral to PAC AST equipped preamplifiers and our Integral preamplifier sensors with AST option This allo
103. stema hidraulico Figura 18 Nivel de agua del deposito Fuente Autores 1 y 2 puerto de succi n y descarga de la bomba 3 y 4 puerto de vaciado y llenado del dep sito puerto5 de conexi n bomba de vac o Como se muestra en la figura 18 la cota m xima del nivel de llenado se pretende que est a 400 mm del fondo del dep sito 50 La bomba en condiciones normales funcionara en un circuito cerrado cuyo puerto de aspiracion y puerto de descarga estan abiertos a la atmosfera puesto que la conexi n a la bomba de vac o del dep sito estar abierta La ecuaci n de la energ a tendr como punto inicial el punto 1 y punto final ser el punto 2 los cuales por facilidad de c lculo se encuentran en la superficie del agua del dep sito Por lo tanto la ecuaci n de la energ a queda H1 H2 4 h 1 2 Hbb cu 1 Donde H1 es la energ a altura de carga disponible en el punto 1 H2 es la energ a disponible en el punto 2 h1 2 es la p rdida del sistema de tuber as y Hbb es la altura de carga entregada por la bomba Al desglosar la Ecu 1 queda de la manera siguiente tsist h L tequivalente Pl vi 2 P2 vz FL zi 424 4 Va 2g Ecu 2 Hbi Pero como ambos puntos se encuentran a la misma altura Z1 Z2 0 adem s est n abierto a la atm sfera entonces P1 P2 0 Por ultimo despreciando la V2 energ a cin tica del nivel del dep sito 49 29 porlo tanto de la Ecu 2
104. struir todos sus rganos principales En la figura 2 se observa la distribuci n de esfuerzos generados por la presi n en el rodete de la bomba Figura 2 Distribuci n de presiones en los labes del rodete Contorno de presiones en las palas Pressure a Contour 3 a EN Fuente ADSC bombas amp ventiladores 26 En contraste con la ebullici n la cual puede ser causada por la introducci n de calor o por una reducci n de la presi n est tica ambiente del l quido la CAVITACI N es una vaporizaci n local del l quido inducido por una reducci n hidrodin mica de la presi n Figura 3 3 A Figura 3 Zona de cavitaci n en los labes ma i s de cavitacion i E he q i i Pressure Contour 3 1000 Fuente ADSC bombas amp ventiladores Aunque el fen meno de la cavitacion aun es tema de estudio en los investigadores se han realizado pruebas en l quidos someti ndolos a esfuerzos de tensi n en donde han soportado esfuerzos de tensi n de hasta 34 atm sferas en pruebas de laboratorio bajo condiciones muy controladas 27 Figura 4 Comparacion entre ebullicion y cavitacion Presi n m 0 2 i Temperatura C Fuente http fain uncoma edu ar centraleshidraulicas En la naturaleza el mercurio es uno de los metales liquidos mas excepcionales debido entre otras cosas a su punto de evaporizaci n en 20 C ocurre a
105. taci n entregando a la Escuela de 85 Ingenieria Mecanica un equipo funcional de fabricacion local ademas de lograr una banco de facil manejo y mantenimiento con partes elementos y repuestos provenientes del comercio de la ciudad de Bucaramanga Se adquiri un sensor ac stico WDIU AST banda ancha Importado de Estados Unidos adecuado para la captura de las EA de la bomba centr fuga el cual es entregado a la Escuela de Ingenier a Mec nica para futuras investigaciones Se realizo una tarjeta alimentadora y desacopladora de la se al para el sensor WDIU AST la cual permite la alimentaci n del sensor y la extracci n de la se al de f cil manejo entregada a la Escuela de Ingenier a Mec nica para el buen funcionamiento del sensor nombrado Se realizo el an lisis de las emisiones ac sticas EA en la bomba centr fuga del banco por medio de MATLAB realizando la inspecci n en condici n de normal y bajo distintos grados de cavitaci n Se elaboro un manual de operaci n y procedimiento para el manejo del banco el cual se encuentra en el anexo D Se dise una experiencia acad mica pr ctica y se elaboro una documentaci n detallada de misma con el respectivo an lisis de las emisiones ac sticas Se sintetizo los resultados de la experimentaci n en un art culo tipo cient fico que contiene introducci n marco te rico experimentaci n conclusiones y referencias el cual se encuentra en el anexo F Se
106. this phenomenon in a bomb centrifuge using gauges and barometer Degree Work Physical Mechanical Sciences Faculty Mechanical Engineering Directress Eng Alfonso Garcia Codirectress Eng Jabid Quiroga 18 INTRODUCCION Las bombas centrifugas son maquinas disenadas para convertir la energia mec nica entregada por un motor el ctrico neum tico o de combusti n interna en energ a hidr ulica este tipo de maquinaria es implementada con gran frecuencia en plantas de producci n como se ve en torres de enfriamiento intercambiadores de calor bancos de pruebas en laboratorios etc lo que hace deseable evitar en lo posible malos funcionamientos de la bomba ya sea por tipo mec nico o hidr ulico la cual lleva a la bomba a presentar fallas por vibraciones ca das de presi n cavitaci n falla en estudio etc No es deseable que la bomba funcione en cavitaci n puesto que esta falla reduce su eficiencia y disminuye su durabilidad produciendo picaduras tanto en el impulsor como en la voluta llevando al proceso en un estado de funcionando ineficiente y en algunos casos a quedar en espera por mantenimientos correctivos o cambio definitivo de la bomba En las bombas centr fugas es posible detectar de la cavitaci n por inspecci n de sus caracter sticas de funcionamiento como son ruidos excesivos o an malos recalentamiento o verificando que el sistema este trabajando de forma ineficiente pero teniendo en cuenta que este tipo de
107. tor single or differential 4 Turn system power on to energize the preamplifier 1220B Installation and Operation Connect a 1233 power cable from the 1220B connector labeled Power to the PAC analyzer connector labeled Pre Amp Power Connect a 1234 BNC to BNC cable from the preamplifier connector Output to the one on the analyzer labeled AE IN 3 Select the AE input desired single or differential 4 Attach the appropriate sensor and cable to the preamplifier input connector single or differential 5 Turn system power on to energize the preamplifier 1220C Installation and Operation Connect a 1234 or 1234A BNC to pigtail cable from the 1220C connector marked Power to an external 28 VDC power supply Connect a 1234 BNC to BNC signal cable from the preamplifier connector Output to the one on the analyzer labeled AE IN 111 3 Select the AE input desired single or differential 4 Attach the appropriate sensor and cable to the preamplifier input connector single or differential 5 Turn the system and external supply power on to energize the preamplifier 5 7 4 1220 Series Filter Replacement Filter placement on the 0 2 4 2 4 6 and 1220A B and C are identical To replace a filter remove the four Phillips head screws from the bottom lid this will expose the preamp s inner circuitry Figure 8 Figure 3 Internal Preamplifier Layout The connections shown in Figure 9 should be made in order to by pa
108. trada del dep sito V lvula de bola a la salida del dep sito Bomba de vac o de 1hp a 220 v Bases en l mina de w Tablero con circuito de arranque y parada de la bomba centr fuga y la bomba de vac o Man metros 10 Vacu metro 11 V lvula galvanizada para realizar nivel ubicado en la parte posterior del dep sito 119 Figura 1 Banco de cavitacion por vacio Fuente Autores 1 LLENADO Y VACIADO DEL DEPOSITO Es importante verificar por seguridad que el banco se encuentre desconectado y que sus partes el ctricas no tengan contacto alguno con el aqua El circuito el ctrico es a 220 v Como es un circuito hidr ulico cerrado para el llenado y vaciado del dep sito se tiene que abrir la v lvula de admisi n de aire ubicados en la parte superior ver figura 2 V lvula de admisi n de aire 120 Figura 2 V lvula de admisi n de aire Fuente Autores Hay que tener en cuenta el volumen de agua que ocupa la tuber a accesorios y la bomba centr fuga por eso antes de llenar y ajustar el nivel de agua en el dep sito se debe verificar que las v lvulas de globo y de bola ver figura 3 V lvula de globo y v lvula de bola est n completamente abiertas esto con la finalidad de que el nivel de agua en el dep sito sea el correcto 121 Figura 3 Valvula de globo y valvula de bola Valvula de globo Valvula de hola Fuente Autores En el llenado del dep sito el nivel adecuado
109. ulico 96 Tabla 5 Datos iniciales para el desarrollo del laboratorio 75 Tabla 6 Datos de la pr ctica caso 1 75 Tabla 7 Datos de la pr ctica caso 2 76 Tabla 8 Datos de la pr ctica caso 3 76 Tabla 9 Datos de la pr ctica caso 4 77 Tabla 10 Valores RMS caso 1 80 Tabla 11 Valores RMS caso 2 81 Tabla 12 Valores RMS caso 3 82 Tabla 13 Valores RMS caso 4 83 14 LISTA DE ANEXOS Pag ANEXO A CARACTERISTICAS DE LA BOMBA CENTRIFUGA 91 ANEXO B DIAGRAMA DE MOODY 93 ANEXO C SENSOR 94 ANEXO D MANUAL DE USUARIO DEL BANCO DE CAVITACI N 119 ANEXO E DESACOPLADOR DE SE AL 128 ANEXO F P RDIDAS EN TUBER AS Y ACCESORIOS 132 ANEXO G ART CULO 134 15 NOMENCLATURA O GLOSARIO NOTACION A Area m A1 Amplitud EA Emisi n ac stica D Di metro m F Factor de fricci n F frecuencia g Aceleraci n gravitacional m s H altura m Hbb Altura generada por la bomba m pv Presi n de vac o cmHg pd Presi n de descarga Psi ps Presi n de succi n psi Q Caudal GPM L teq Longitud total equivalente m L tsist Longitud total del sistema m Re Numero de Reynolds V Velocidad m s LETRAS GRIEGAS Eficiencia A Longitud de onda um Viscosidad din mica Kg m s SUB NDICES 12 Serefiere al punto que se est analizando succi n y descarga 16 RESUMEN TITULO BANCO DE PRUEBAS PARA EL ANALISIS DE CAVITACION EN UNA BOMBA CENTRIFUGA MEDIANTE EL AN LISIS DE EMISIONES AC STICAS AUTORES
110. una ciencia multidisciplinaria ya que sus aplicaciones abarcan un amplio espectro de posibilidades tal como se observa en la figura 6 Figura 6 A reas de conocimiento y de aplicaci n de la ac stica crak mu d s Elicia Ingenieria Electe raca Elactroacnsetita Irger gerna d canada Ondas ul baso do Sama ad m uu LA li T Ye Ger oE Ciencias de l ida Fuente http images google com 33 El fenomeno sonoro est acompa ado por la siguiente serie de eventos e Determinaci n de un movimiento sonoro e La comunicaci n de dicho movimiento al aire o a cualquier otro intermediario interpuesto entre el cuerpo sonoro y el o do e La propagaci n de este movimiento que pasa de una mol cula a otra del cuerpo intermediario en una sucesi n adecuada e La transmisi n de dicho movimiento del medio ambiente al o do e La transmisi n que se produce desde el o do a los nervios auditivo por determinado mecanismo e La producci n de la sensaci n Estos puntos determinan a n hoy los cap tulos b sicos de la ac stica moderna generaci n irradiaci n y propagaci n del sonido as como tambi n su interacci n con el ambiente mediante los fen menos de absorci n reflexi n o difracci n del sonido y por ltimo su percepci n Algunas de las reas de trabajo en ac stica son gt Ac stica arquitect nica Estudia la interacci n del sonido con las construcciones Participa en el dise
111. vera En esta figura se puede apreciar el MN SN aumento de energ a en las frecuencias en y el rango entre 200 KHz y 700 KHz con en el aumento de la severidad de la cavitaci n En la tabla 2 se encuentra el valor RMS del ancho de banda comprendido entre 200 KHz y 700 KHz siendo el rango donde se 5 6 Frecuency Hz x 10 En este caso se encuentra nuevamente la activaci n de frecuencias en el rango de 200 KHz y 700 KHz como se observa en la presenta la mayor energ a Este valor RMS se puede candidatizar como el valor de tendencias que permite evaluar la severidad de la cavitaci n 5 2 Caso 2 caudal 9596 de 40 gpm figura 4 En la tabla 4 se muestra el valor RMS para este caudal con cada uno de los grados de severidad planteada 7 3 Caso 3 caudal 8396 de 35 gpm 139 Tabla 5 Datos del caso 3 181000 19998 4 153923 0097 14 7089 999006 5 4 Caso 4 caudal 6096 de 25 gpm Tabla 7 Datos del caso 4 165474 5546 21 17 4333 0 097 14 7089 33330 6 H 3 14 9306 m H 3 16 9103 m Tabla 6 Valores RMS ESTADO RMS Tabla 8 Valores RMS ESTADO RMS Figura 7 espectros caso 4 Figura 6 espectros caso 3 normal incipient cavitation severe cavitation normal incipient cavitation severe cavitation 0 4 0 35 0 3 E 0 25 Amplitude Y O Amplitude Y f o o A e e 3 4 Frecuency Ha x 105 Frecuency Hz x
112. very good parameter for monitoring the response of the pulse 6 3 AST Requirements In order to perform AST on an AE system the following are needed 1 AST Auto Sensor Test circuitry in the AE system This is built as standard within all PAC multi channel AE systems including DiSP MISTRAS LAM SPARTAN 2000 2 Preamplifiers with AST option or Integral Preamplifier Sensors with AST Option 3 AST Auto Sensor Test Software This is built standard within all PAC multi channel AE System software including DiSP MISTRAS LAM and SPARTAN 2000 From the above it can be seen that AST circuitry and software is already built into most PAC systems and is immediately ready to be put to good use The only item that may have to be purchased is the preamplifier with AST option or the Integral Preamplifier sensors with the AST Option PAC sells AST options with its 0 2 4 and 2 4 6 preamplifiers its In Line Preamplifiers and with the 1220A preamplifiers It is also available with our Integral Preamp sensors such as the RISI AST R30I AST WDI AST etc Please consult PAC for more information on closing the loop with our AST preamplifiers and integral sensors In terms of software all PAC multi channel software has multiple AST modes AST can be performed before and after a test providing a graphical or line dump report AST can even be performed during a test on a single sensor or all sensors to verify their integrity all without affecting the AE test
113. viedo Castillo Ingeniera Electr nica por su respaldo confianza y colaboraci n oportuna A mis amigos que durante el pregrado me apoyaron en todo momento y junto a ellos aprendimos el verdadero significado de la amistad sin nimo de hermandad Jhony Alexander Martelo Parada CONTENIDO INTRODUCCION 1 BOMBAS CENTRIFUGAS 1 1 NET POSITIVE SUCTION HEAD NSPH 1 2 CAVITACI N EN BOMBAS CENTR FUGAS 1 2 1 Coeficiente de cavitacion Thoma 1 2 2 Tipos de cavitacion 1 2 3 Implosion de la burbuja 1 2 4 Da o por cavitacion 2 EMISIONES AC STICAS 2 1 DESCRIPCI N DE LAS EMISIONES AC STICAS 2 1 1 Tipos de emisiones ac sticas 2 1 1 1 Infrasonido 2 1 1 2 Sonidos audibles 2 1 1 3 Ultrasonido o sonograma 2 1 1 4 Microsonidos 2 2 ELECTROAC STICA 2 3 EMISIONES AC STICAS GENERADAS POR LA CAVITACI N 3 DISE O DEL BANCO DE ENSAYO P g 19 21 24 25 29 30 30 31 33 35 36 36 36 3 38 38 39 42 3 1 ESQUEMA DEL BANCO DE ENSAYO 3 1 1 Base 3 1 2 Bomba Centrifuga 3 1 3 Dep sito 3 1 4 Sistema de tuberias 3 1 5 Bomba de vacio 3 2 1 Sistema hidraulico 3 2 2 Diseno de la base 4 OBTENCION Y MANEJO DE LA SE AL 4 1 DESCRIPCI N DEL SENSOR 4 2 TRANSFERENCIA DE LAS EMISIONES AC STICAS 4 2 1 Acoplador 4 3 PREAMPLIFICADOR INTEGRAL DEL SENSOR 4 3 1 Caracter sticas 4 3 2 Descripci n de funcionamiento 4 3 3 Especificaciones el ctricas 4 3 4 Especificaciones f
114. wo connectors to connect and no configuration switches Simply connect a single ended sensor to the input BNC of the of the preamplifier and connect the output BNC of the preamplifier to the AE system channel input Be careful not to reverse the connections as damage may occur 5 4 1222 Charge Preamplifiers 5 4 1 Introductionto Charge Preamplifiers Both voltage preamplifiers and charge preamplifiers can be used in AE applications The voltage preamplifier is more stable and easier to use then the charge preamplifier but the charge preamplifier has some features that make it more desirable for certain applications The charge preamplifier has a distinct advantage with long lengths of input cable between the sensor and the preamplifier For the example where a sensor coax cable length needs to be e g 50 meters the voltage preamplifier 1220A has a 17 dB loss in signal amplitude where as the charge preamplifier has no loss in signal amplitude This has been tested with an R15 sensor with a lead break from a 0 3 mm Pentel mechanical pencil The noise of a charge amplifier is slightly larger then the voltage amplifier due to the addition of an additional charge conversion stage Also the length of cable affects the noise With a 3 input cable the Signal to Noise Ratio S N of a charge amp is 5 dB smaller then the voltage amp With a 150 input cable the signal to noise ratio of the charge amp and voltage amp is the same The charge amplifier ha
115. ws for any AE channel to pulse the sensor while the receiving electronics remains active This means that the sensor can be used as a pulser and a receiver at the same time It can therefore characterize its own condition as well as send out a simulated acoustic emission wave that other sensors can detect thereby giving feedback as to the arrival time difference and the detection sensitivity of those nearby sensors The other main important feature of this option is that it operates through the standard 1234 BNC cable which goes between the AE channel input and the preamplifier and integral preamplifier sensor 6 1 OtherAutomatic Sensor PulsingTechniques Competing methods for sensor pulsing or automated testing in AE instruments involves the use of at least 2 relays for each channel one in the AE system for each channel and one in each pre amplifier When the AE system decides to pulse the sensor it turns on a relay in the AE instrument which removes pre amplifier power and makes connection to a digital output which puts a voltage spike through to the pre amplifier A relay in the pre amplifier de energizes when power is removed from the pre amp This causes the relay contacts to make electrical connection to the sensor crystal directly and remove the pre amp output signals from the co axial cable path A voltage spike now goes directly to the sensor crystal Upon pulsing a simulated AE event is generated that is coupled to the structure in which that

banco de pruebas para el análisis de cavitación en una bomba

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