Universidad Pública de Navarra - Nafarroako Univertsitate Publikoa

Módulo/Materia

MODULO: Especialización en Mecánica (MEM)

MATERIA: Ingeniería Mecánica Avanzada (M4)

El Máster Universitario en Ingeniería Industrial de la Universidad Pública de Navarra se estructura en un Programa Formativo de 120 ECTS distribuidos a lo largo de 4 semestres. Los dos primeros (el primer curso) incluyen 60 ECTS de los módulos y materias establecidos como obligatorios por la Orden Ministerial CIN/311/2009. El tercer semestre, que es cuando se oferta e imparte esta asignatura, ofrece la posibilidad de cursar un Módulo de Especialización de 30 ECTS.

Esta asignatura se enmarca dentro de la Especialidad en Mecánica, en el "Módulo de Especialización Mecánica" (MEM) y formado parte de la materia de "Ingeniería Mecánica Avanzada" (M4). El módulo pretende intensificar la formación en tecnologías mecánicas de los ámbitos de la ingeniería mecánica aplicada y computacional, ingeniería térmica y de fluidos, ingeniería de materiales y fabricación, e ingeniería de diseño.

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Descripción/Contenidos

De acuerdo con la memoria verificada del Máster, los contenidos de la asignatura se agrupan en torno a los ámbitos fundamentales siguientes:

• Formulación y métodos de solución de los problemas de estimación de parámetros cinemáticos y dinámicos en máquinas.
• Formulación y métodos de solución de los problemas  de monitorización de parámetros cinemáticos y dinámicos en máquinas.
• Modos de fallo de componentes en máquinas, acoplamientos, desequilibrios, fallos en rodamientos y engranajes, ...
• Métodos de análisis de datos para la detección de fallo: Análisis en el dominio del tiempo, en el dominio de la frecuencia, Análisis de Fourier, Wavelets,...

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Descriptores

Palabras Clave: Vibraciones mecánicas, mantenimiento predictivo, condition monitoring, diagnóstico y modos de fallo, monitorizado.

 

Todas las máquinas vibran debido a las tolerancias inherentes a cada uno de sus elementos constructivos. Estas tolerancias proporcionan a una máquina nueva una vibración característica básica respecto a la cual se pueden comparar futuras vibraciones. Máquinas similares funcionando en buenas condiciones tendrán vibraciones características similares que diferirán unas de otras principalmente por sus tolerancias de fabricación y montaje.

Un cambio en la vibración básica de una máquina, suponiendo que está funcionando en condiciones normales, será indicativo de que algún defecto incipiente se está dando en alguno de sus elementos, provocando un cambio en las condiciones de funcionamiento de la misma. Diferentes tipos de fallos dan lugar a diferentes tipos de cambios de la vibración característica de la máquina, pudiendo ayudar a determinar tanto la fuente del problema, advirtiendo de su presencia.

El análisis y monitorizado de vibraciones son dos de las herramientas más usuales para prevenir incipientes problemas mecánicos relacionados con los procesos de fabricación en cualquier planta productiva, no limitándose sólo a las máquinas rotativas. El primer objetivo de todo sistema de mantenimiento basado en el monitorizado de las condiciones de funcionamiento de las máquinas es evitar las paradas no programadas. Desde esta perspectiva, el monitorizado de los parámetros relacionados con el estado de las máquinas (condition monitoring), puede permitir planificar las acciones correctivas de forma que se minimicen dichos tiempos muertos.

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Competencias genéricas

Dentro del conjunto de competencias básicas previstas en el Máster, en esta asignatura se trabajan las siguientes:

• CB6: Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
• CB7: Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
• CB9: Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
• CB10: Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Dentro del conjunto de competencias generales previstas en el Máster, en esta asignatura se trabajan las siguientes:

• CG1: Capacidad para aplicar los aspectos científicos y tecnológicos de métodos matemáticos, analíticos y numéricos en la ingeniería, ingeniería eléctrica, ingeniería energética, ingeniería química, ingeniería mecánica, mecánica de medios continuos, electrónica industrial, automática, fabricación, materiales, métodos cuantitativos de gestión, informática industrial, urbanismo, infraestructuras, etc.
• CG2: Proyectar, calcular y diseñar productos, procesos, instalaciones y plantas.
• CG3: Dirigir, planificar y supervisar equipos multidisciplinares.
• CG5: Realizar la planificación estratégica y aplicarla a sistemas tanto constructivos como de producción, de calidad y de gestión medioambiental.
• CG9: Conocimiento, comprensión y capacidad para aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión de Ingeniero Industrial.

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Competencias específicas

Dentro del conjunto de competencias específicas previstas en el Módulo de Especialización en Mecánica, en esta asignatura se trabajan las siguientes:

• CEM9: Capacidad de analizar/determinar el estado de funcionamiento de una máquina, sus necesidades de mantenimiento, fallos, y si el comportamiento está dentro de las especificaciones.
• CEM10: Que los estudiantes conozcan y sepan aplicar modelos teóricos y herramientas físicas y matemáticas avanzadas (incluyendo simulaciones numéricas) para la resolución de problemas de alto nivel en el campo de la mecánica.
• CEM11: Conocimiento y utilización de los métodos computacionales más habituales aplicados a la resolución de problemas de la ingeniería mecánica de carácter complejo.

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Resultados aprendizaje

Al finalizar la asignatura se prevé que el estudiante alcance un conocimiento de las técnicas para el mantenimiento industrial en fabricación que se concrete en:

• R1: Estimar el estado y otros parámetros relevantes del funcionamiento de una máquina.
• R2: Monitorizar el cambio con el tiempo del estado y parámetros relevantes de una máquina
• R3: Conocer e identificar los diferentes modos de fallo de una máquina.
• R4: Conocer las herramientas de análisis de datos para la detección de fallo y la estimación de parámetros de funcionamiento en máquinas

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Metodología

Actividad formativa	Nº Horas presenciales	Nº Horas no presenciales
A-1 Clases expositivas/participativas	18
A-2 Prácticas	6
A-3 Actividades de aprendizaje cooperativo
A-4 Realización de trabajos en grupo	2	8
A-5 Lecturas de material		4
A-6 Estudio y trabajo autónomo del estudiante		30
A-7 Exámenes, pruebas de evaluación	4
A-8 Tutorías individuales		3
Total	30	45

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Idiomas

La asignatura se imparte en castellano, si bien parte de la bibliografía de referencia está publicada en inglés. Se dispone de una colección de apuntes y de presentaciones en castellano elaborados para la asignatura y a disposición de los estudiantes en el sitio del aulario virtual (Mi Aulario) dedicado a la asignatura.

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Evaluación

A lo largo del semestre se propondrá la realización de diversas actividades (resolución de ejercicios, entrega de guiones de prácticas, pruebas escritas, seminarios, discusión de casos o realización de trabajos) en las que se apliquen los conocimientos teórico-prácticos de la materia.

 

Resultado de aprendizaje	Sistema de evaluación	Peso (%)
R1, R2	Prueba escrita que recoge los conceptos teórico-prácticos desarrollados en la Unidad Didáctica I	35%
R3, R4	Prueba escrita que recoge los conceptos teórico-prácticos desarrollados en la Unidad Didáctica II	35%
R2, R3, R4	Trabajo individual conforme al Programa de Prácticas	10%
R1, R2, R3, R4	Trabajo individual: descripción y discusión en aula de un caso de fallo en maquinaria	20%

 

1. Para superar la asignatura hay que aprobar las pruebas escritas de las dos Unidades Didácticas de manera independiente y que la media ponderada de todos los elementos de evaluación (pruebas escritas, prácticas y trabajo) sea igual o superior a 5.0 sobre 10.0
2. En caso de no superar alguna de las pruebas escritas de las Unidades Didácticas I y II, habrá una prueba escrita de recuperación (en las fechas que establezca la ETSIIT al final del semestre) en la que sólo habrá que realizar la parte suspendida correspondiente.
3. En el caso de no superar la prueba escrita de recuperación, la nota final en acta será la media ponderada de las pruebas parciales (no se tendrá en cuenta la nota del trabajo o la de las prácticas para la nota media). En caso de que dicha media resulte superior a 5.0 se calificará con el suspenso más alto (4.9).
4. La asistencia a las clases de aula no es un requisito para superar la asignatura; sin embargo, la participación activa en las mismas podrá puntuar de forma positiva, sumándose a la calificación final que se haya alcanzado a partir de las distintas actividades de evaluación descritas anteriormente.

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Temario

Unidad Didáctica I. Introducción a las vibraciones mecánicas y al mantenimiento predictivo

Tema 0 - Apéndice de vibraciones mecánicas.

0.1      Introducción a las vibraciones mecánicas.

0.2      Vibraciones de 1 GDL.

0.3      Vibraciones de 2 GDL.

Tema 1 - Introducción al mantenimiento industrial.

Tema 2 - Estrategias de mantenimiento.

Tema 3 - Metodologías de monitorizado de las condiciones de funcionamiento.

 3.1      Análisis de vibraciones.

 3.2      Análisis de lubricantes.

 3.3      Análisis del rendimiento.

 3.4      Termografía.

Tema 4 - Análisis de vibraciones para el mantenimiento predictivo de máquinas.

 4.1      Beneficios frente a otras metodologías.

 4.2      Monitorizado permanente vs intermitente.

 

Unidad Didáctica II. Vibraciones mecánicas aplicadas al condition monitoring

Tema 5 - Instrumentos para la medida de vibraciones. Transductores de vibración

 5.1      Sondas de desplazamiento.

 5.2      Transductores de velocidad.

 5.3      Acelerómetros.

 5.4      Técnicas de montaje.

 5.5      Vibrómetro.

 5.6      Analizador de vibraciones.

Tema 6 - Parámetros para la monitorización de maquinaria de producción.

 6.1      Máquinas rotativas.

 6.2      Máquinas con movimiento alternativo.

 6.3      Máquinas con movimiento lineal.

Tema 7 - Dinámica de máquinas.

 7.1      Cojinetes.

7.1.1      Rodamientos.

7.1.2      Cojinetes de fricción.

 7.2      Engranajes.

 7.3      Alabes y palas.

 7.4      Correas de transmisión.

 7.5      Velocidades de funcionamiento: nominales y críticas.

7.5.1      Velocidades críticas.

 7.6      Modo o forma de operación.

 7.7      Resonancia.

 7.8      Precargas y cargas inducidas.

 7.9      Variables de proceso.

Tema 8 - Causas más comunes de fallo.

 8.1      Desequilibrio.

 8.2      Desalineamiento.

 8.3      Falta de apriete en elementos de unión.

 8.4      Desgaste mecánico.

Tema 9 - Monitorizado de máquinas de producción.

 9.1      Motores eléctricos.

 9.2      Cajas de cambio.

 9.3      Ventiladores y soplantes.

 9.4      Compresores.

 9.5      Generadores.

 9.6      Bombas.

 9.7      Líneas de proceso continuo.

Tema 10 - Técnicas de análisis y procesado de señal.

 10.1    Datos en banda ancha.

 10.2    Datos en banda estrecha.

 10.3    Análisis de las causas raíces de fallos.

Tema 11 - Desarrollo de bases de datos.

 11.1    Frecuencia de adquisición de datos.

 11.2    Parámetros de análisis.

 11.3    Análisis de límites operativos.

 11.4    Límites de alarma.

Tema 12 - Puesta en marcha.

 12.1    Programa de mantenimiento.

 12.2    Tendencias.

 

Programa de Prácticas

P1 - Parámetros de adquisición y análisis de señales dinámicas

P2 - Análisis de órdenes y diagrama de Campbell

 

Trabajo individual - Caso práctico de discusión

Descripción y discusión en aula de un caso de fallo en maquinaria

 

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que el profesorado de la asignatura ha solicitado a la Biblioteca.

Bibliografía básica

-          En el campo de las vibraciones mecánicas

• Rao, S.S., Mechanical Vibrations, Prentice Hall, 5^th edition, 2010
• Tongue, B.H., Principles of Vibration, 2^nd edition. Oxford University Press, 2002

-          En el campo del mantenimiento predictivo

• Mobley, R.K., Maintenance Fundamentals, 2^nd edition. Butterworth-Heinemann, 2004
• Randall, R.B., Vibration-based condition monitoring. Industrial, Aerospace and Automotive Applications. Wiley, 2011

Bibliografía complementaria

-          En el campo de las vibraciones mecánicas (puede haber ediciones actualizadas)

• Gatti P.L., and Ferrari, V., Applied Structural and Mechanical Vibrations. Theory, Methods and Measuring Instrumentation. E & FN Spon (Taylor & Francis Group)
• Meirovitch, L., Elements of Vibration Analysis, 2nd edition. McGraw-Hill
• Meirovitch, L., Principles and Techniques of Vibrations. Prentice-Hall
• Inman, D. J., Engineering Vibration. Prentice-Hall
• Newland, D.E., Vibraciones Aleatorias y Análisis Espectral. Editorial AC
• Kelly, S.G., Fundamentals of Mechanical Vibrations. McGraw-Hill
• Kelly, S.G., Theory and Problems of Mechanical Vibrations. Schaum¿s Outline Series McGraw-Hill
• Harris C.M., Shock and Vibration Handbook, 4th edition. McGraw-Hill
• Dimarogonas, A., Vibration for Engineers, 2nd Edition. Prentice Hall

-          En el campo del mantenimiento predictivo (puede haber ediciones actualizadas)

• Lipovszky, G., Sólyomvári, K. and Varga, G., Vibration Testing of Machines and their Maintenance. Elsevier
• Higgins, L.R., Maintenance Engineering, 5th Edition. McGraw-Hill
• Eisenmann, R.C. and Eisenmann, R.C. Jr., Machinery Diagnosis and Correction. Vibration Analysis and Troubleshooting for the Process Industries. Prentice Hall
• Navarro, L., Pastor, A.C. y Mugaburu, J.M., Gestión Integral de Mantenimiento. Marcombo
• Rao, B.K.N., Handbook of Condition Monitoring. Elsevier

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Lugar de impartición

Aulario del Campus de Arrosadia, en Iruña.

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