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Implementación de un banco de ensayos modular para la evaluación de pérdidas de energía en accionamientos electromecánicos

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dc.contributor.advisorDurango Álvarez, Demóstenes José
dc.contributor.authorOsorio Martínez, Álvaro Alejandro
dc.contributor.juryLancheros Suárez, Valéry José
dc.contributor.juryEspinosa Corrales, Daniel Eduardo
dc.date.accessioned2025-06-05T17:55:57Z
dc.date.available2025-06-05T17:55:57Z
dc.date.issued2025-06-04
dc.description.abstractA lo largo de la historia los bancos de prueba para sistemas de transmisiones mecánicas han demostrado ser una herramienta poderosa en el monitoreo de parámetros importantes que permiten conocer la irreversibilidad de los procesos de transmisión de potencia en sus diversas configuraciones, a fin de contribuir en los avances como una tecnología promovedora de la eficiencia energética y el gasto económico que resulta. La siguiente investigación involucra el diseño, la construcción y validación de un banco de ensayos modular de accionamientos electromecánicos (motor de inducción, transmisiones flexibles y transmisión por contacto directo) para el departamento de ingeniería mecánica de la universidad de Córdoba, el cual tiene por objetivo medir en tiempo real la eficiencia del motor y la eficiencia de la transmisión que lo conecta con el generador, sirviendo de patrón para el desarrollo de la aplicación de la termografía en la evaluación de pérdidas de energía tanto en el motor como en la transmisión. El banco dinámico estará integrado, además de la transmisión que lo caracteriza, por un motor eléctrico y un generador eléctrico. El alternador utilizará como carga un panel de luminarias. Dichos componentes estarán equipados con sensores para medir la potencia que entra y sale de ellos, el torque y la velocidad en los ejes de los equipos. En el ensayo de transmisión por banda, el error estándar en la potencia mecánica fue de 1.38 W, con un error absoluto de 90 W y un error relativo del 11%. Para la potencia eléctrica, el error estándar fue de 1.27 W, con un error absoluto de 34 W y un error relativo del 5%. El error absoluto entre ambas potencias fue de 65.7 W. Se obtuvo un modelo de la potencia eléctrica con un R² de 0.9997. En transmisión por cadena, la potencia mecánica presentó un error estándar de 2.14 W, un error absoluto de 21.93 W y un error relativo del 3.92%. La potencia eléctrica mostró un error estándar de 0.384 W, un error absoluto de 79.35 W y un error relativo del 9.53%. El error absoluto entre potencias fue de 58.075 W, con un modelo de R² de 0.9997. En transmisión por contacto directo, el error estándar en la potencia mecánica fue de 2.39 W (0.2126%), con un error relativo del 3.6%, mientras que en la potencia eléctrica fue de 2.093 W (0.335%) con un error relativo del 16.973%. El modelo obtenido presentó un R² de 0.9929. La máquina demostró un desempeño adecuado para la obtención de datos experimentales de potencia mecánica y eléctrica. Si bien se evidenciaron errores absolutos entre las mediciones, la alta correlación entre las variables sugiere que el sistema de transmisión, instrumentación y adquisición de datos opera con buena precisión y consistencia. Los resultados indican que la máquina es confiable para estudios de caracterización de pérdidas en sistemas de transmisión mecánica, siempre que se tenga en cuenta el análisis de errores y se realicen las calibraciones necesarias para mantener la calidad de las mediciones.spa
dc.description.abstractThroughout history, test benches for mechanical transmission systems have proven to be powerful tools for monitoring critical parameters that reveal the irreversibility of power transmission processes across various configurations. This contributes to technological advancements promoting energy efficiency and cost reduction. The present research involves the design, construction, and validation of a modular test bench for electromechanical drives (induction motor, flexible transmissions, and direct-contact transmissions) for the Department of Mechanical Engineering at the University of Córdoba. Its objective is to measure, in real time, both the motor efficiency and the transmission efficiency that connects it to the generator, serving as a reference for the development of thermography applications in the evaluation of energy losses in both the motor and the transmission. The dynamic bench will be composed not only of the transmission system but also of an electric motor and an electric generator. The alternator will use a lighting panel as a load. These components will be equipped with sensors to measure input and output power, torque, and shaft speed. In the belt transmission tests, the standard error for mechanical power was 1.38 W, with an absolute error of 90 W and a relative error of 11%. For electrical power, the standard error was 1.27 W, with an absolute error of 34 W and a relative error of 5%. The absolute error between the two power measurements was 65.7 W. An electrical power model with an R² of 0.9997 was obtained. In the chain transmission tests, mechanical power presented a standard error of 2.14 W, an absolute error of 21.93 W, and a relative error of 3.92%. Electrical power showed a standard error of 0.384 W, an absolute error of 79.35 W, and a relative error of 9.53%. The absolute error between power measurements was 58.075 W, with a model R² of 0.9997. In the direct-contact transmission tests, the standard error for mechanical power was 2.39 W (0.2126%), with a relative error of 3.6%, while for electrical power it was 2.093 W (0.335%) with a relative error of 16.973%. The resulting model presented an R² of 0.9929. The machine demonstrated adequate performance for the acquisition of experimental mechanical and electrical power data. Although absolute errors were observed between the measurements, the high correlation between variables suggests that the transmission system, instrumentation, and data acquisition operate with good precision and consistency. The results indicate that the machine is reliable for studies characterizing losses in mechanical transmission systems, provided that error analysis is considered and the necessary calibrations are performed to maintain measurement quality.eng
dc.description.degreelevelMaestría
dc.description.degreenameMagíster en Ingeniería Mecánica
dc.description.modalityTrabajos de Investigación y/o Extensión
dc.description.tableofcontentsLISTA DE TABLAS ......................................................... 9spa
dc.description.tableofcontentsLISTA DE FIGURAS ........................................................... 12spa
dc.description.tableofcontentsLISTA DE ANEXOS .......................................................... 14spa
dc.description.tableofcontentsLISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS............................. 15spa
dc.description.tableofcontentsRESUMEN ........................................................ 18spa
dc.description.tableofcontentsABSTRACT ................................................. 19spa
dc.description.tableofcontents1 INTRODUCCIÓN .......................................... 20spa
dc.description.tableofcontents2 CAPÍTULOS .................................................. 21spa
dc.description.tableofcontents2.1 Capítulo I. Descripción del proyecto de investigación .... 21spa
dc.description.tableofcontents2.1.1 Justificación y problema .............................. 21spa
dc.description.tableofcontents2.1.2 Marco conceptual ...................................... 23spa
dc.description.tableofcontents2.1.3 Objetivos ........................................................ 29spa
dc.description.tableofcontents2.1.4 Matriz de marco lógico .......................................... 29spa
dc.description.tableofcontents2.1.5 Cronograma de ejecución ......................................... 30spa
dc.description.tableofcontents2.2 Capítulo II. Materiales y métodos ..................... 32spa
dc.description.tableofcontents2.2.1 Materiales de construcción ............................ 32spa
dc.description.tableofcontents2.2.2 Métodos de diseño ............................. 33spa
dc.description.tableofcontents2.2.3 Construcción ....................................... 60spa
dc.description.tableofcontents2.3 Capítulo III. Análisis experimental ............... 64spa
dc.description.tableofcontents2.3.1 Validación estadística ............................. 64spa
dc.description.tableofcontents2.3.2 Experimentos y variables........................... 64spa
dc.description.tableofcontents2.3.3 Número de pruebas ..................... 65spa
dc.description.tableofcontents2.3.4 Test de normalidad ......................... 66spa
dc.description.tableofcontents2.3.5 Hipótesis .............................................. 66spa
dc.description.tableofcontents2.3.6 Normalización de los datos.................................... 67spa
dc.description.tableofcontents2.3.7 Curva de calibración ................................ 67spa
dc.description.tableofcontents2.4 Capítulo IV. Resultados y discusión ................. 67spa
dc.description.tableofcontents2.4.1 Selección de equipos ............................... 67spa
dc.description.tableofcontents2.4.2 Selección de componentes estructurales....................... 71spa
dc.description.tableofcontents2.4.3 Selección de elementos mecánicos .................... 77spa
dc.description.tableofcontents2.4.4 Estudio experimental ......................................... 81spa
dc.description.tableofcontents3 CONCLUSIONES .............................................................. 110spa
dc.description.tableofcontents4 RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS ..................... 111spa
dc.description.tableofcontents5 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................... 111spa
dc.description.tableofcontents6 ANEXOS ......................................... 114spa
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad de Córdoba
dc.identifier.reponameRepositorio Universidad de Córdoba
dc.identifier.repourlhttps://repositorio.unicordoba.edu.co/
dc.identifier.urihttps://repositorio.unicordoba.edu.co/handle/ucordoba/9177
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad de Córdoba
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeniería
dc.publisher.placeMontería, Córdoba, Colombia
dc.publisher.programIngeniería Mecánica
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dc.rightsCopyright Universidad de Córdoba, 2025
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.keywordsEnergy efficiencyeng
dc.subject.keywordsElectromechanical driveseng
dc.subject.keywordsFlexible transmissionseng
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dc.subject.proposalEficiencia energéticaspa
dc.subject.proposalAccionamiento electromecánicospa
dc.subject.proposalTransmisiones flexiblesspa
dc.subject.proposalTransmisiones por contacto directospa
dc.subject.proposalBanco dinámicospa
dc.titleImplementación de un banco de ensayos modular para la evaluación de pérdidas de energía en accionamientos electromecánicosspa
dc.typeTrabajo de grado - Maestría
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