Análisis modal operacional en el dominio de la frecuencia de un catamarán para servicio de turismo

Abstract

El fenómeno de vibración es un factor recurrente en diferentes tipos de embarcaciones, pudiendo ocurrir en diferentes modos y en diversas regiones de la estructura del casco de una embarcación. Dependiendo de la intensidad de la fuerza de excitación, la vibración puede causar que la embarcación vibre como un todo en respuesta, causando discomfort a la tripulación, ruidos excesivos, desgaste de equipos y hasta incluso, en casos más severos, daños estructurales. La identificación de los parámetros modales en las embarcaciones es parte de la evolución en el proceso de aumento de confiabilidad en el análisis de vibración de estos sistemas, que operan en condiciones hostiles, y que, desde el punto de vista del mantenimiento, cualquier tipo de intervención resulta costosa, considerando además las implicaciones económicas relacionadas al servicio de estas embarcaciones cuando se encuentran afectadas por este fenómeno. Este trabajo tiene como intención identificar los parámetros modales, esto es, las frecuencias naturales, las tasas de amortiguamiento y los modos de vibración de un catamarán para servicio de turismo, utilizando el proceso de Análisis Modal Operacional (OMA). La técnica de Análisis Modal Operacional empleada para este trabajo fue la Descomposición Mejorada en el Dominio de la Frecuencia (EFDD). Un algoritmo basado en esta técnica fue desarrollado. Para el estudio de caso, se realizaron las mediciones de vibración de un catamarán y luego se estimaron los parámetros modales respectivos. Este trabajo fue organizado en los siguientes capítulos: Capítulo 1: Presenta una breve introducción al tema de vibración, seguido por algunas razones que motivaron el desarrollo de este trabajo de tesis y mencionando sus principales objetivos. Capítulo 2: Presenta una revisión teórica del campo del Análisis Modal y mostrando, de forma resumida, algunas de las técnicas de identificación modal desarrolladas a lo largo del tiempo, seguido de la teoría de Análisis Modal Operacional (OMA), así como, sus aplicaciones prácticas. Capítulo 3: Presenta una revisión bibliográfica mostrando, de forma cronológica, algunas de las técnicas de identificación modal en el dominio de la frecuencia desarrolladas específicamente en el contexto del Análisis Modal Operacional (OMA), seguido por una descripción detallada sobre las formulaciones matemáticas que sirven de base para el desarrollo de los métodos en el dominio de la frecuencia, tales como: El Método Básico en el Dominio de la Frecuencia (BDF), el Método de Descomposición en el Dominio de la Frecuencia (FDD) y el Método de Descomposición Mejorada en el Dominio de la Frecuencia (EFDD), y una breve descripción sobre el reconocimiento de componentes armónicos. Capítulo 4: Describe las etapas de desarrollo del algoritmo basado en el método EFDD y que fue implementado en el programa LabVIEW®. También son presentados los resultados del desempeño del algoritmo, utilizando señales de decaimiento y luego, a través de un ensayo de impacto, utilizando las respuestas de vibración de un soporte metálico de un equipo de rotor. Los resultados fueron comparados con los de un software comercial que también posee la técnica EFDD implementada. Capítulo 5: Presenta los resultados del análisis modal operacional utilizando las respuestas de vibración en la estructura de un catamarán para servicio de turismo que se encontraba operando. Los resultados fueron comparados con los del software comercial, ya mencionado. Finalmente son presentadas las principales conclusiones y recomendaciones para el desarrollo de trabajos futuros. Agradezco enormemente a mis amigos del laboratorio LEDAV (Laboratorio de Ensayos Dinámicos y Análisis de Vibración) por haberme recibido cordialmente en sus instalaciones, por haberme apoyado emocionalmente y académicamente, creando un ambiente muy confortable de trabajo, además de permitirme la utilización de la información necesaria para el desarrollo de este trabajo.