Optimizacion de un modelo de cimentacion de una maquina industrial rotativa
- Autores: Juan Luis Terrádez Marco
- Directores de la Tesis: Antonio Hospitaler Pérez (dir. tes.), Vicente Albero Gabarda (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2024
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Eduardo Rojí Chandro (presid.), Carmen Ibáñez Usach (secret.), José María Pérez Bella (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería de la Construcción por la Universitat Politècnica de València
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RiuNet
- Resumen
Las maquinas industriales están fabricadas bajo unas especificaciones y tolerancias para cumplir sus funciones dentro del proceso productivo. Las maquinas producen vibraciones desde el inicio de su vida útil inherentes a las tolerancias e imperfecciones del proceso de fabricación de sus componentes, y que se incrementan por el desgaste de su uso.
Las vibraciones provienen de las cargas dinámicas que producen las máquinas en su operación. Estas se transmiten a la cimentación y finalmente al suelo que lo soporta en forma de radiación. Un diseño de la cimentación y de los elementos de conexión entre la máquina y la cimentación (impedancias) reduce las vibraciones que transmite la máquina a su entorno. En el diseño de cimentaciones sometidas a fuerzas dinámicas hay muy pocas aportaciones dedicadas a la optimización, y no existen investigaciones sobre el transitorio de arranque de la máquina, momento en el que se producen las mayores vibraciones. El estado del arte concluye que los autores siempre han optimizado cimentaciones con un grado de libertad y en régimen de operación permanente.
El cálculo dinámico de cimentaciones está orientado a reducir las vibraciones que se producen en el régimen permanente de operación. El diseño de las cimentaciones está basado en la aplicación de un conjunto de "Reglas de Oro" que conducen todas ellas a reducir las vibraciones aumentando la masa de la cimentación, es decir, su tamaño y en consecuencia su coste.
En esta tesis se plantea un modelo de cimentación de 3 masas y 9 grados de libertad. Se determinan las ecuaciones del movimiento de las masas que componen el modelo a partir de la formulación de D'Alambert. Se integran en el tiempo empleando el método ß de Newmark. Esta metodología permite analizar además del régimen permanente de operación, el régimen transitorio de arranque de la máquina, limitando así el posible paso del conjunto por la zona de resonancia, no siendo necesario ya hacer el análisis modal en busca de la frecuencia de resonancia.
El modelo contempla el movimiento vertical, el desplazamiento horizontal y el balanceo de la máquina, 3 grados de libertad para cada una de las masas que componen el modelo, considerando desplazamientos, velocidades y aceleraciones de cada una de las tres masas, habiendo por tanto 27 variables "solución" a analizar en cada caso.
Una vez propuesto el modelo de cimentación, se han aplicado tres metaheurísticas diferentes para determinar la cimentación optima a partir de una función coste, sometida a las restricciones geométricas y las mecánicas que imponen las normas ISO 10816 y VDI 2056.
El plan experimental se basa en la búsqueda aleatoria de soluciones factibles apli-cando métodos de vecindad, que cumplan las restricciones impuestas. El modelo contempla un vector solución de 37 variables que dan lugar a unos 8,12 1037 posibles configuraciones.
Previo a la optimización metaheurística se estudia el espacio de soluciones apli-cando un proceso de Random Walk(paseo aleatorio) y obteniendo un conjunto de 2.000 posibles soluciones.
La optimización se hace a partir de un mecanismo de búsqueda optima por entornos empleando tres metaheurísticas: Descent Local Search (DLS), Simulated Annealing (S.A.) y Late Acceptance Hill Climbing (L.A.H.C.). Se analiza comparativamente los resultados obtenidos, así como el comportamiento dinámico de las cimentaciones optimas calculadas.
Como resultado se obtiene una reducción del coste de la cimentación de un 29% respecto al mejor valor obtenido aleatoriamente durante el Random Walk, que cumple las restricciones impuestas, tanto en régimen permanente de operación como en el régimen transitorio de arranque. Se concluye que las restricciones de vibración en el régimen transitorio de arranque garantizan el cumplimiento de las restricciones de vibración en el régimen permanente de operación.
