Mostrar el registro sencillo del ítem

Sistema ciberfísico para la simulación de múltiples bombas centrífugas en configuración variable mediante tecnologías de industria 4.0

dc.contributor.advisorRoa Prada, Sebastiánspa
dc.contributor.advisorArdila Acuña, Víctor Ángelspa
dc.contributor.authorCarrillo Peña, Andrés Leonardospa
dc.contributor.authorEugenio Barroso, Jeffer Sneiderspa
dc.coverage.spatialColombiaspa
dc.date.accessioned2021-03-26T22:03:59Z
dc.date.available2021-03-26T22:03:59Z
dc.date.issued2021-03-09
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12749/12768
dc.description.abstractEn esta investigación se desarrolló el gemelo digital de un sistema de bombas múltiples con configuraciones en serie y en paralelo, basado en dos bombas centrífugas industriales idénticas disponibles en el laboratorio. Con ayuda de un PLC Se recopilaron datos experimentales mediante sensores de presión y caudal para calibrar el gemelo digital y así el sistema simulado pueda predecir la respuesta en condiciones de operación cambiantes. El entorno de simulación se desarrolló con la ayuda de un programa informático comercial de dinámica de fluidos computacional COMSOL. En TIA portal se diseñó una interfaz HMI que contiene el valor de las variables sensadas y muestra el comportamiento de la variable de proceso (caudal) ante los cambios de setpoint que se ingresen. Al proceso se le realiza un control PID gracias a dos variadores SINAMICS V20 conectados a las bombas. Los datos obtenidos luego de varias pruebas se compararon con el modelo simulado para validar finalmente el gemelo digital.spa
dc.description.tableofcontentsINTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 2 1. OBJETIVOS .......................................................................................................... 3 1.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 3 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................... 3 2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 4 2.1. BOMBA CENTRÍFUGA .................................................................................. 4 2.1.1. FUNCIONAMIENTO ................................................................................ 4 2.1.2. PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA ............................................. 5 2.2. RENDIMIENTO OPERATIVO. ........................................................................ 6 2.2.1. CURVAS CARACTERÍSTICAS. .............................................................. 6 2.2.2. PUNTO DE OPERACIÓN. ....................................................................... 8 2.2.3. LEYES DE AFINIDAD ............................................................................. 9 2.3. OPERACIÓN MÚLTIPLES BOMBAS CENTRIFUGAS. ............................... 10 2.3.1. BOMBAS EN SERIE. ............................................................................. 10 2.3.2. BOMBAS EN PARALELO. .................................................................... 12 2.4. ANÁLISIS DE FLUJO TURBULENTO .......................................................... 13 2.4.1. ECUACIONES PARA EL ANÁLISIS DE FLUJO TURBULENTO. ........ 13 2.4.2. MODELOS DE TURBULENCIA. ........................................................... 14 2.4.3. ESTUDIO DE ROTOR CONGELADO. .................................................. 16 2.5. SISTEMAS CIBER-FÍSICOS. ....................................................................... 16 2.5.1. GEMELO DIGITAL. ............................................................................... 18 2.5.2. LIGADOS AL INTERNET DE LAS COSAS ........................................... 19 3. METODOLOGÍA (DESARROLLO Y DISEÑOS) .................................................. 20 3.1. PLAN DE PRUEBAS. ................................................................................... 21 4. DIMENSIONAMIENTO BANCO DE PRUEBAS. ................................................. 23 4.1. SELECCIÓN DE LOS ELEMENTOS PRIMARIOS Y TERCIARIOS DE CONTROL. ............................................................................................................. 24 4.1.1. BOMBA CENTRIFUGA PEDROLLO CP 620 ........................................ 24 4.1.2. ELEMENTOS PRIMARIOS DE CONTROL. .......................................... 25 4.1.3. ELEMENTOS FINALES DE CONTROL. ............................................... 26 4.1.4. PANEL DE CONTROL. ......................................................................... 27 5. MODELO MATEMÁTICO. ................................................................................... 28 5.1. MODELO DEL MOTOR ELÉCTRICO ASÍNCRONO. ................................... 28 5.3. PÉRDIDAS EN TUBERÍA. ............................................................................ 31 5.4. REPRESENTACIÓN EN ESPACIO DE ESTADOS. ..................................... 33 6. DISEÑO DE CONTROLADORES. ...................................................................... 37 6.1. CONTROLADORES PARA LA CONFIGURACIÓN DE BOMBAS EN SERIE. 38 6.2. CONTROLADORES PARA LA CONFIGURACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO. ............................................................................................................ 40 6.3. IMPLEMENTACIÓN DE CONTROLADORES EN SIMULINK. ..................... 41 6.3.1. CONTROLADOR PID (PSEUDO). ......................................................... 41 6.3.2. CONTROLADOR PI. .............................................................................. 42 6.3.3. CONTROLADOR I-PD (2DOF). ............................................................. 43 7. CREACIÓN DEL GEMELO DIGITAL. .................................................................. 44 7.1. ENTORNO DE SIMULACIÓN. ..................................................................... 44 7.2. CONSTRUCCIÓN DEL MODELO EN CAD. ................................................ 44 7.2.1. RODETE. ............................................................................................... 44 7.2.2. CARCASA. ............................................................................................ 45 7.2.3. ENSAMBLE DE COMPONENTES BOMBA CENTRIFUGA. ................. 46 7.3. PLANTEAMIENTO DE PARÁMETROS Y VARIABLES DEL SISTEMA. ...... 47 7.4. SELECCIÓN DE LA FÍSICA Y MODELO DE TURBULENCIA. .................... 48 7.5. RESTRICCIONES DEL SISTEMA. .............................................................. 48 7.5.1. CONDICIÓN DE PARED. ...................................................................... 48 7.5.2. CONDICIONES DE ENTRADA Y SALIDA DEL SISTEMA ................... 49 7.5.3. CONTINUIDAD DE FLUJO.................................................................... 50 7.6. CREACIÓN DEL MALLADO......................................................................... 51 7.7. BARRIDO PARAMÉTRICO. ......................................................................... 52 7.8. RECOPILACIÓN DE DATOS. ...................................................................... 52 8. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL A BANCO DE PRUEBAS. .. 53 8.1. CARACTERIZACIÓN DE SENSORES......................................................... 54 8.1.1. SENSOR DE PRESIÓN. ........................................................................ 54 8.1.2. SENSOR DE CAUDAL. ......................................................................... 55 8.2. PROTOCOLO USS ...................................................................................... 56 8.3. BLOQUE PID. .............................................................................................. 59 8.4. INTERFAZ HMI. ........................................................................................... 62 9. RESULTADOS Y EVIDENCIAS. ......................................................................... 63 9.1. CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DE PRUEBAS DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS. ..................................................................................................... 63 9.2. ANÁLISIS DE CONVERGENCIA DEL MODELO DIGITAL. ......................... 65 9.2.1. CAMPO DE VELOCIDAD ...................................................................... 65 9.2.2. CAMPO DE PRESIÓN. .......................................................................... 67 9.3. CURVAS DE RENDIMIENTO. ...................................................................... 68 9.3.1. CONFIGURACIÓN DE TUBERÍA EN PARALELO. .............................. 70 9.3.2. CONFIGURACIÓN DE TUBERÍAS EN SERIE. ..................................... 71 9.4. VALIDACIÓN Y COMPARACIÓN. ............................................................... 71 9.5. VARIACIONES DE FLUJO INTERFAZ HMI. ................................................ 74 10. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ...................................................................... 75 11. CONCLUSIONES ............................................................................................ 76 12. REFERENCIAS ............................................................................................... 77 13. ANEXOS .......................................................................................................... 79 13.1. DATOS EXPERIMENTALES .................................................................... 79 13.2. INVENTARIO DE ACCESORIOS DE TUBERÍA DEL BANCO ................. 80 13.3. TRANSMISOR DE PRESION PIXSYS 92009 .......................................... 80 13.4. TRANSMISOR DE CAUDAL SBN446 ...................................................... 81 13.5. VARIADOR DE FRECUENCIA SIMENS V20 ........................................... 82 13.6. DIAGRAMA DE CABLEADO PLC 1214C ................................................. 83 13.7. FALLO ENCONTRADO EN CONFIGURACIÓN DE LA COMUNICACIÓN USS 83 13.8. CÁLCULO DE PÉRDIDAS EN EL SISTEMA ............................................ 83spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.language.isospaspa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.titleSistema ciberfísico para la simulación de múltiples bombas centrífugas en configuración variable mediante tecnologías de industria 4.0spa
dc.title.translatedCyber-physical system for the simulation of multiple centrifugal pumps in variable configuration using industry 4.0 technologiesspa
dc.degree.nameIngeniero Mecatrónicospa
dc.publisher.grantorUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABspa
dc.rights.localAbierto (Texto Completo)spa
dc.publisher.facultyFacultad Ingenieríaspa
dc.publisher.programPregrado Ingeniería Mecatrónicaspa
dc.description.degreelevelPregradospa
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.type.localTrabajo de Gradospa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.subject.keywordsMechatroniceng
dc.subject.keywordsDigital twineng
dc.subject.keywordsCentrifugal pumpeng
dc.subject.keywordsPerformance curveeng
dc.subject.keywordsHydraulic machineseng
dc.subject.keywordsPipelineseng
dc.subject.keywordsPumping stationseng
dc.subject.keywordsTurbulence modelseng
dc.subject.keywordsElectric motorseng
dc.subject.keywordsCyber-physical systemseng
dc.subject.keywordsBoosterseng
dc.subject.keywordsTurbulence modelseng
dc.identifier.instnameinstname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABspa
dc.identifier.reponamereponame:Repositorio Institucional UNABspa
dc.type.hasversioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.accessrightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa
dc.relation.references[1] Europump, Variable speed pumping - A guide to Successful Aplications, 2015.spa
dc.relation.references[2] B. D. M. D. Chris MacDonald, «Creando un gemelo digital para una bomba,» ANSYS ADVANTAGE, p. 3, 2017.spa
dc.relation.references[3] T. L. E. H. C. Y. H. J. L. T. Y. Jiehan Zhou, «CloudThings: a Common Architecture for Integrating,» IEEE, p. 7, 2013spa
dc.relation.references[4] P. Hehenberger y D. Bradley, Mechatronic Futures, Springer, 2016.spa
dc.relation.references[5] R. V. M. Pérez, «FUNCIONAMIENTO DE BOMBAS ROTODINÁMICAS,» de Bombas hidráulicas rotodinámicas: teoría y aplicaciones, Medellín, Sin definir, 2007spa
dc.relation.references[6] K. M. Alastal y M. Y. Mousa, «Experiment (10): Series and parallel pumps,» de Fluid Mechanics Lab, 2014spa
dc.relation.references[7] C. F. J. Saavedra, «MODELING AND OPTIMAL CONTROL OF A VARIABLESPEED CENTRIFUGAL PUMP WITH A PIPELINE» ASME DIGITAL COLLECTION, p. 14, 2016.spa
dc.relation.references[8] J. B. Sanchéz, «Implementación de un gemelo digital en un proceso de control industrial a partir del análisis de indicadores y modelos predictivos.,» UVa doc , 2018spa
dc.relation.references[9] U. N. E. d. Táchira, «Marco Teórico,» [En línea]. Available: http://www.unet.edu.ve/~maqflu/doc/LAB-1-95.htm. [Último acceso: 15 Febrero 2019].spa
dc.relation.references[10] QuimiNet, «Usos y aplicaciones de las bombas centrífugas,» [En línea]. Available: https://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones-de-lasbombas-centrifugas-26787.htm. [Último acceso: 15 Febrero 2019].spa
dc.relation.references[11] Intercal, «Funcionamiento de bombas centrífugas,» [En línea]. Available: https://bombas-intercal.com/bombas-centrifugas-funcionamiento/. [Último acceso: 15 Febrero 2019].spa
dc.relation.references[12] K. Shaw y J. Fruhlinger, «NetworkWorld,» [En línea]. Available: https://www.networkworld.com/article/3280225/internet-of-things/what-isdigital-twin-technology-and-why-it-matters.html. [Último acceso: 15 Febrero 2019].spa
dc.relation.references[13] N. Hernandez, «'Digital Twin': Los objetos físicos buscan a su gemelo digital,» 16 Marzo 2018. [En línea]. Available: https://www.nobbot.com/negocios/digitaltwin-los-objetos-fisicos-buscan-a-su-gemelo-digital/. [Último acceso: 15 Febreo 2019].spa
dc.relation.references[14] C. Jaimes, S. Roa, J. Maradey, 2016. “Modeling and optimal control of a variable-speed cetrifugal pump with a pipeline”.Proceeding ASME 2016 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Phoenix, Paper No. IMECE2016-67992spa
dc.relation.references[15] Grundfos, Pump Handbook, 2016spa
dc.relation.references[16] Krause, P.C., O. Wasynczuk, and S.D. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery, IEEE® Press, 2002.spa
dc.relation.references[17] E. Cavazzana, 2007, "Comparison of White box and black box models of a real hydraulic pumping system using a variable speed drive," COBEM 2007spa
dc.relation.references[18] Pedrollo, Centrifugal pump 620 CP, Pedrollo, 2009. https://www.pedrollo.com.spa
dc.relation.references[19] M. Tabatabaian, CFD Module, Turbulent Flow Modeling, Mercury Learning and Information, 2015spa
dc.relation.references[20] [21] A. A. M. Vesga, Análisis Cfd De Una Bomba Centrífuga Industrial,spa
dc.relation.references[21] Bucaramanga, 2019. P. (2019, 30 abril). Cálculo de pérdidas de carga. Pirobloc. https://www.pirobloc.com/blog-es/calculo-perdidas-carga/spa
dc.relation.references[22] Fundación Tekniker. (s.f.). Tekniker. Obtenido de MEMBER OF BASQUE RESEARCH & TECHNOLOGY ALLIANCE: https://www.tekniker.es/es/sistemas-ciber-fisicosspa
dc.relation.references[23] Tecnologia para los negocios. (s.f.). Obtenido de Sistemas Ciberfísicos: la respuesta a las necesidades de la sociedad y la industria: https://ticnegocios.camaravalencia.com/servicios/tendencias/sistemasciberfisicos-la-respuesta-a-las-necesidades-de-la-sociedad-y-la-industria/spa
dc.relation.references[24] Hernandez, N. (16 de Marzo de 2018). NOBBOT. Obtenido de Tecnologia para las personas: https://www.nobbot.com/negocios/digital-twin-los-objetos-fisicosbuscan-a-su-gemelo-digital/spa
dc.relation.references[25] Marques, J. (s.f.). Blog SEAS. Obtenido de https://www.seas.es/blog/automatizacion/el-gemelo-digital/spa
dc.contributor.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0000295523*
dc.contributor.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001550622https://www.researchgate.net/profile/Victor_Ardila_Acuna*
dc.contributor.cvlacArdila Acuña, Víctor Ángel [0001550622]
dc.contributor.googlescholarhttps://scholar.google.es/citations?hl=es&user=xXcp5HcAAAAJ*
dc.contributor.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-1079-9798*
dc.contributor.scopushttps://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=24333336800*
dc.contributor.researchgatehttps://www.researchgate.net/profile/Sebastian_Roa-Prada*
dc.contributor.researchgatehttps://www.researchgate.net/profile/Victor_Ardila_Acuna*
dc.contributor.researchgateArdila Acuña, Víctor Ángel [Victor_Ardila_Acuna]
dc.subject.lembMecatrónicaspa
dc.subject.lembMáquinas hidráulicasspa
dc.subject.lembTuberíasspa
dc.subject.lembEstaciones de bombeospa
dc.subject.lembSistemas ciberfísicosspa
dc.subject.lembImpulsoresspa
dc.subject.lembModelos de turbulenciaspa
dc.identifier.repourlrepourl:https://repository.unab.edu.cospa
dc.description.abstractenglishIn this investigation, the digital twin of a multi-pump system with serial and parallel configurations was developed, based on two identical industrial centrifugal pumps available in the laboratory. With the help of a PLC Experimental data was collected using pressure and flow sensors to calibrate the digital twin and thus the simulated system can predict the response in changing operating conditions. The simulation environment was developed with the help of a commercial computer program of COMSOL computational fluid dynamics. In the TIA portal, an HMI interface was designed that contains the value of the sensed variables and shows the behavior of the process variable (flow) in the face of the setpoint changes that are entered. The PID control process is carried out thanks to two SINAMICS V20 drives connected to the pumps. The data obtained after several tests were compared with the simulated model to finally validate the digital twin.eng
dc.subject.proposalGemelo digitalspa
dc.subject.proposalBomba centrífugaspa
dc.subject.proposalCurva de rendimientospa
dc.subject.proposalComsolspa
dc.subject.proposalModelos de turbulenciaspa
dc.subject.proposalMotores eléctricosspa
dc.type.redcolhttp://purl.org/redcol/resource_type/TP
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia*
dc.coverage.campusUNAB Campus Bucaramangaspa
dc.description.learningmodalityModalidad Presencialspa
dc.contributor.linkedinArdila Acuña, Víctor Ángel [ingvardila]


Ficheros en el ítem

Thumbnail
Nombre:
2021_Tesis_Andres_Leonardo_Car ...
Tamaño:
6.640Mb
Formato:
PDF
Descripción:
Tesis
Ver/
Thumbnail
Nombre:
2021_Licencia_Andres_Leonardo_ ...
Tamaño:
409.6Kb
Formato:
PDF
Descripción:
Licencia
Ver/

Este ítem aparece en la(s) siguiente(s) colección(ones)

Mostrar el registro sencillo del ítem

Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia
Excepto si se señala otra cosa, la licencia del ítem se describe como Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia