Mitigación de vibraciones torsionalesen sistemas de propulsión de buque Laboratorio de Gestión de Activos Físicos         ...
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CASO ESTUDIO   Parámetros de diseño del sistema de propulsión                                                Velocidad    ...
ModeloLaboratorio de Gestión de Activos Físicos        Pontificia Universidad Católica de ChileXI Encuentro en Gestión de ...
CASO ESTUDIO   Modelo simplificado         I1                   I2                 K12                                    ...
RESOLUCIÓN   Modelo simplificado          Laboratorio de Gestión de Activos Físicos                  Pontificia Universida...
CASO ESTUDIO   Valores de momentos de inercia y rigidez para el sistema   equivalente                           Inercia eq...
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RESOLUCIÓN   Haciendo los cálculos correspondientes se obtienen las   siguientes frecuencias naturales para el sistema:   ...
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RESOLUCIÓN   Sistema deformado (primer modo propio)      1                                                                ...
RESOLUCIÓN   Sistema deformado (segundo modo propio)                                      3                   4           ...
RESOLUCIÓN  • Sólo dos frecuencias excitan al sistema en el    rango de operación dado.  • Segundo modo propio no provoca ...
RESOLUCIÓN Cálculo de torque         Laboratorio de Gestión de Activos Físicos                 Pontificia Universidad Cató...
RESOLUCIÓN Cálculo de torque1) Producto del agua(como si produjera                 Uso de método de energíasamortiguación)...
RESOLUCIÓN Cálculo de torque    Comportamiento    asumido de diseño. • Tamaño del buque y   peso muy grande en   comparaci...
RESOLUCIÓN Cálculo de torque   • El cambio instantáneo de la pendiente es el efecto de la     amortiguación del agua.   • ...
RESOLUCIÓN Método de balance de energía         Laboratorio de Gestión de Activos Físicos                 Pontificia Unive...
RESOLUCIÓN Método de balance de energía  • Considerando para efectos de cálculo un 10% del torque    nominal como excitaci...
RESOLUCIÓN Método de balance de energía    Por otro lado, la energía disipada en la propela:    De la parte anterior, con ...
RESOLUCIÓN Método de balance de energía    Y para el sistema :    Usando los valores obtenidos de la deformada del sistema...
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RESOLUCIÓN Obtención de los torques: 0.0049 equivalencia de desplazamiento para la primera velocidad crítica en modo amort...
RESOLUCIÓN Respuesta del sistema:          Laboratorio de Gestión de Activos Físicos                  Pontificia Universid...
RESOLUCIÓN Respuesta del sistema:                                                       Segundo modo                      ...
DiscusiónLaboratorio de Gestión de Activos Físicos     Pontificia Universidad Católica de Chile                 Noviembre ...
DISCUSIÓN Amortiguación en el sistema.1) Producto del agua   (caso estudio   original)                       Uso de método...
DISCUSIÓN Amortiguación en el sistema.                                      2) Modificaciones al                          ...
DISCUSIÓN Agregando amortiguación en el eje de la propela (pulg*lb-s)        C=10000                        C=100000      ...
DISCUSIÓN •   c = 1000000 plg*lb/s. •   Costo? Factible? •   Cambio número de propelas •   Otra opción: cambio en la rigid...
OPCIONES Cambiando el número de propelas:                                                               Velocidad de opera...
OPCIONES Cambiando el número de propelas:                                                               Velocidad de opera...
OPCIONES Cambiando el número de propelas:                                                               Velocidad de opera...
OPCIONES Haciendo variar las resistencias al eje de la propela (lb*In/rad)           Laboratorio de Gestión de Activos Fís...
OPCIONES Haciendo variar las resistencias al eje de la propela (lb*In/rad)                                                ...
OPCIONES Haciendo variar las resistencias al eje de la propela (lb*In/rad)                                                ...
OPCIONES Comparando con situación original      Modificado                                          Original           Lab...
OPCIONES Comparación, ¿qué tiene que ver conmigo?                                                                         ...
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OPCIONES ¿Cuándo?       Posteriori                                                Diseño            Laboratorio de Gestión...
ConclusionesLaboratorio de Gestión de Activos Físicos        Pontificia Universidad Católica de ChileXI Encuentro en Gesti...
CONCLUSIONES         Laboratorio de Gestión de Activos Físicos                 Pontificia Universidad Católica de Chile   ...
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EGAF 11 Pontificia Universidad Católica de Chile Laboratorio de Gestión de Activos Dr. Rodrigo Pascual

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  1. 1. Mitigación de vibraciones torsionalesen sistemas de propulsión de buque Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  2. 2. MotivaciónLaboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de ChileXI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  3. 3. MOTIVACIÓN En el título… • Detención. • Definición de rol. • Disminución de disuasión Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  4. 4. MOTIVACIÓNMás doloroso… Costo de reparación?… Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  5. 5. MOTIVACIÓN Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  6. 6. Caso de estudioLaboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de ChileXI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  7. 7. CASO ESTUDIO Sistema de propulsión Turbina de baja presión Propelas Engranajes Turbina de alta presión Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  8. 8. CASO ESTUDIO Objetivo • Estudiar el torque se produce en el segmento que da hacia la propela. • Comparar con un valor nominal entregado según: En donde = Torque nominal en la propela = 22,24x106 lb-in = Velocidad nominal = 8901 rad/seg Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  9. 9. CASO ESTUDIO Parámetros de diseño del sistema de propulsión Potencia nominal 30000 hp Torque nominal en la propela 22.24 x 106 in-lb Número de aspas 5 Frecuencias en los ejes Propela 175.17 ciclos/min Alta presión 220.17 ciclos/min Baja presión 220.17 ciclos/min Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  10. 10. CASO ESTUDIO Parámetros de diseño del sistema de propulsión Velocidad Razón de nominal (rpm) giro (α) Propela 85 1 Eje intermedio de alta presión 799.8 9.409 Turbina de alta presión 6650.1 78.236 Eje intermedio baja presión 799.8 9.409 Turbina baja presión 3403.6 40.042 Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  11. 11. ModeloLaboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de ChileXI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  12. 12. CASO ESTUDIO Modelo simplificado I1 I2 K12 I3 I4 Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  13. 13. RESOLUCIÓN Modelo simplificado Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  14. 14. CASO ESTUDIO Valores de momentos de inercia y rigidez para el sistema equivalente Inercia equivalente Rigidez equivalente (106 lb-in-s2) (106 lb-in/rad) Propela I1 2.454 - I2 0.826 K12 826 Alta presión I3 2.411 K23 2140 I4 1.599 K34 87301 Baja presión I5 1.136 K45 18056 I6 24.200 K56 48925 Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  15. 15. ResultadosLaboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de ChileXI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  16. 16. RESOLUCIÓN Haciendo los cálculos correspondientes se obtienen las siguientes frecuencias naturales para el sistema: Frecuencias naturales w(ciclos/min) 1 0 2 177,7100 3 220,1683 4 1,282x103 5 2,497x103 6 2,883x103 Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  17. 17. RESOLUCIÓN Velocidad de operación (84.980 RPM) Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  18. 18. RESOLUCIÓN Velocidad de operación (84.980 RPM) Primer modo: 177,71 c/min Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  19. 19. RESOLUCIÓN Velocidad de operación (84.980 RPM) Segundo modo: 220,17 c/min Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  20. 20. RESOLUCIÓN Sistema deformado (primer modo propio) 1 Nodo Amplitud 1 1 2 -0.0288 3 -0.0828 4 -0.0832 5 -0.0691 2 6 -0.0834 3 4 5 6 Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  21. 21. RESOLUCIÓN Sistema deformado (segundo modo propio) 3 4 Turbina de alta Nodo Amplitud 1 0.00 2 0.00 3 1.00 4 1.00 5 -0.13 1 2 Turbina de baja 6 -0.20 5 6 Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  22. 22. RESOLUCIÓN • Sólo dos frecuencias excitan al sistema en el rango de operación dado. • Segundo modo propio no provoca torque a la sección que da a la propela pero sí hacia el que da a la turbina de alta presión. Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  23. 23. RESOLUCIÓN Cálculo de torque Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  24. 24. RESOLUCIÓN Cálculo de torque1) Producto del agua(como si produjera Uso de método de energíasamortiguación) para sistemas amortiguados. Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  25. 25. RESOLUCIÓN Cálculo de torque Comportamiento asumido de diseño. • Tamaño del buque y peso muy grande en comparación con el esfuerzo de propela. • Cambio de estado produce un cambio instantáneo en el cambio de operación Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  26. 26. RESOLUCIÓN Cálculo de torque • El cambio instantáneo de la pendiente es el efecto de la amortiguación del agua. • Puede definirse como: Siendo C una constante arbitraria que va entre 1,5 a 2 dependiendo del caso de estudio. Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  27. 27. RESOLUCIÓN Método de balance de energía Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  28. 28. RESOLUCIÓN Método de balance de energía • Considerando para efectos de cálculo un 10% del torque nominal como excitación: • Luego, la energía de entrada producto del torque es: Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  29. 29. RESOLUCIÓN Método de balance de energía Por otro lado, la energía disipada en la propela: De la parte anterior, con C = 1,85: Luego: Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  30. 30. RESOLUCIÓN Método de balance de energía Y para el sistema : Usando los valores obtenidos de la deformada del sistema para el primer nodo propio: Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  31. 31. RESOLUCIÓN Método de balance de energía Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  32. 32. RESOLUCIÓN Obtención de los torques: 0.0049 equivalencia de desplazamiento para la primera velocidad crítica en modo amortiguado. Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  33. 33. RESOLUCIÓN Respuesta del sistema: Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  34. 34. RESOLUCIÓN Respuesta del sistema: Segundo modo Primer modo Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  35. 35. DiscusiónLaboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile Noviembre 2011.
  36. 36. DISCUSIÓN Amortiguación en el sistema.1) Producto del agua (caso estudio original) Uso de método de energías. Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  37. 37. DISCUSIÓN Amortiguación en el sistema. 2) Modificaciones al sistema Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  38. 38. DISCUSIÓN Agregando amortiguación en el eje de la propela (pulg*lb-s) C=10000 C=100000 C=1000000 Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  39. 39. DISCUSIÓN • c = 1000000 plg*lb/s. • Costo? Factible? • Cambio número de propelas • Otra opción: cambio en la rigidez. • A mismas condiciones variar diámetro, alargar tramo cambio de material. Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  40. 40. OPCIONES Cambiando el número de propelas: Velocidad de operación Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  41. 41. OPCIONES Cambiando el número de propelas: Velocidad de operación Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  42. 42. OPCIONES Cambiando el número de propelas: Velocidad de operación Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  43. 43. OPCIONES Haciendo variar las resistencias al eje de la propela (lb*In/rad) Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  44. 44. OPCIONES Haciendo variar las resistencias al eje de la propela (lb*In/rad) - Primera frecuencia natural aumenta - Sólo el primer modo propio excitaba el sistema Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  45. 45. OPCIONES Haciendo variar las resistencias al eje de la propela (lb*In/rad) Naturaleza del torque Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  46. 46. OPCIONES Comparando con situación original Modificado Original Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  47. 47. OPCIONES Comparación, ¿qué tiene que ver conmigo? Turbina de baja presión Propelas Engranajes Turbina de alta presión Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  48. 48. OPCIONES ¿Es tan complicado? Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  49. 49. OPCIONES ¿Es tan complicado? Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  50. 50. OPCIONES ¿Es tan complicado? Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  51. 51. OPCIONES ¿Es tan complicado? Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  52. 52. OPCIONES ¿Es tan complicado? Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  53. 53. OPCIONES ¿Cuándo? Posteriori Diseño Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  54. 54. ConclusionesLaboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de ChileXI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  55. 55. CONCLUSIONES Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.
  56. 56. CONCLUSIONES • Gestión de equipos con visión del ciclo de vida… Laboratorio de Gestión de Activos Físicos Pontificia Universidad Católica de Chile XI Encuentro en Gestión de Activos Físicos, Noviembre 2011.

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