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Desarrollo de un manual de procedimientos de operaci�n y de mantenimiento de un tubo de impedancia ac�stica utilizado en el Laboratorio de Materiales de la Facultad de Mec�nica de la ESPOCH

 

Development of a manual of operation and maintenance procedures for an acoustic impedance tube used in the Materials Laboratory of the Faculty of Mechanics of ESPOCH

 

Desenvolvimento de um manual de procedimentos de opera��o e manuten��o de um tubo de imped�ncia ac�stica utilizado no Laborat�rio de Materiais da Faculdade de Mec�nica da ESPOCH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: denisosw94@gmail.com

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 29 de mayo de 2024 *Aceptado: 19 de junio de 2024 * Publicado: �16 de julio de 2024

        I.            Investigador externo, Riobamba, Ecuador.

      II.            ESPOCH, Riobamba, Ecuador.

    III.            ESPOCH, Riobamba, Ecuador.

    IV.            Facultad de Ingenier�a, UNACH, Riobamba, Ecuador.

      V.            ESPOCH, Riobamba, Ecuador.

Resumen

El laboratorio de materiales de la facultad de mec�nica de la ESPOCH, posee algunos equipos tecnol�gicos que est�n disponibles para la realizaci�n de pr�cticas y experimentos, uno de estos equipos es �El tubo de impedancia ac�stica� mismo que no cuenta con un manual de operaci�n y mantenimiento, lo cual tiene como resultado acciones de mal uso y operaciones de cuidado o conservaci�n inadecuadas, por lo tanto, el objetivo de la presente investigaci�n fue elaborar un manual de operaci�n y de mantenimiento del tubo de impedancia ac�stica del Laboratorio de Materiales de la Facultad de Mec�nica ESPOCH. La metodolog�a utilizada tiene su fundamento en obtener informaci�n inicial de las partes principales del m�dulo de pruebas, para posteriormente evaluar el estado t�cnico de cada una de ellas, utilizando un analizador de vibraciones VibraCheck que determin� la frecuencia natural y se verific� que el dispositivo es �til y confiable para los ensayos a realizar, luego se ubic� el equipo de manera adecuada en el laboratorio revisando par�metros de seguridad relevantes para los estudiantes. El manual de operaci�n resultante especifica los pasos necesarios para el correcto funcionamiento incluye un an�lisis de criticidad para facilitar la toma de decisiones, una programaci�n en LabVIEW y Matlab para asegurar ajustar par�metros seg�n los ensayos realizados con diferentes materiales, mientras que el manual de mantenimiento asegura la disponibilidad y confiabilidad operativa del equipo. En este contexto se concluye que, la implementaci�n de un manual ha optimizado la operaci�n del equipo en el laboratorio, asegurando su adecuado funcionamiento y prolongando su vida �til.

Palabras clave: Manual de operaci�n; Manual de mantenimiento; Impedancia ac�stica; An�lisis de criticidad; Historial de aver�as.

 

Abstract

The materials laboratory of the ESPOCH mechanical faculty has some technological equipment that is available for carrying out practices and experiments, one of this equipment is �The acoustic impedance tube� which does not have an operation manual and maintenance, which results in actions of misuse and inadequate care or conservation operations, therefore, the objective of this research was to develop an operation and maintenance manual for the acoustic impedance tube of the Materials Laboratory of the Faculty of ESPOCH Mechanics. The methodology used is based on obtaining initial information from the main parts of the test module, to subsequently evaluate the technical status of each of them, using a VibraCheck vibration analyzer that determined the natural frequency and verified that the device is useful and reliable for the tests to be carried out, then the equipment was located appropriately in the laboratory, reviewing relevant safety parameters for the students. The resulting operation manual specifies the steps necessary for correct operation, includes a criticality analysis to facilitate decision making, programming in LabVIEW and Matlab to ensure adjustment of parameters according to the tests carried out with different materials, while the maintenance manual ensures the availability and operational reliability of the equipment. In this context, it is concluded that the implementation of a manual has optimized the operation of the equipment in the laboratory, ensuring its proper functioning and prolonging its useful life.

Keywords: Operation manual; Maintenance manual; Acoustic impedance; Criticality analysis; Failure history.

 

Resumo

O laborat�rio de materiais da faculdade de mec�nica da ESPOCH possui alguns equipamentos tecnol�gicos que est�o dispon�veis para a realiza��o de pr�ticas e experi�ncias, um desses equipamentos � o �Tubo de imped�ncia ac�stica� que n�o possui manual de opera��o e manuten��o, o que resulta em a��es de utiliza��o indevida e cuidados inadequados ou opera��es de conserva��o, pelo que, o objetivo desta investiga��o foi desenvolver um manual de opera��o e manuten��o do tubo de imped�ncia ac�stica do Laborat�rio de Materiais da Faculdade de Mec�nica da ESPOCH. A metodologia utilizada baseia-se na obten��o de informa��o inicial das principais partes do m�dulo de teste, para posteriormente avaliar o estado t�cnico de cada uma delas, utilizando um analisador de vibra��es VibraCheck que determinou a frequ�ncia natural e verificou que o dispositivo � �til e fi�vel para os testes a realizar, de seguida o equipamento foi localizado adequadamente no laborat�rio, revendo par�metros de seguran�a relevantes para os alunos. O manual de opera��o resultante especifica os passos necess�rios para o correto funcionamento, inclui uma an�lise de criticidade para facilitar a tomada de decis�o, programa��o em LabVIEW e Matlab para garantir o ajuste dos par�metros de acordo com os testes realizados com diferentes materiais, enquanto o manual de manuten��o garante a disponibilidade e operacionalidade fiabilidade do equipamento. Neste contexto, conclui-se que a implementa��o de um manual veio otimizar o funcionamento do equipamento no laborat�rio, garantindo o seu bom funcionamento e prolongando a sua vida �til.

Palavras-chave: Manual de opera��o; Manual de manuten��o; Imped�ncia ac�stica; An�lise de criticidade; Hist�rico de avarias.

 

Introducci�n

Mediante el Trabajo de Integraci�n Curricular denominado �Utilizaci�n de un tubo de impedancia basado en la norma UNE EN-ISO 10534-2 para la determinaci�n del coeficiente de absorci�n ac�stica para materiales aislantes, aplicados en actividades de mantenimiento�, del autor Jimmy Leonel Aguinda Criollo realizado en el a�o 2022, estableci� una metodolog�a para la construcci�n del tubo de impedancia ac�stica seg�n los par�metros especificados en la norma. El cual ser� de mucha utilidad en el �rea del mantenimiento, el equipo se encuentra en el Laboratorio de Materiales de la Facultad de Mec�nica de la ESPOCH.

Es esencial que el sistema pueda medir la presi�n ac�stica en dos puntos de micr�fono diferentes y calcular la funci�n de transferencia "H" entre ellos, es recomendable que el rango din�mico del analizador sea de al menos 65 dB, donde se pueda considerar la longitud de onda par�metro importante que permite conocer la separaci�n entre dos puntos de la onda en fase que se generan entre dos m�ximos o m�nimos consecutivos de la onda, la longitud de onda y la frecuencia son magnitudes inversamente proporcionales. Considerar que las ondas de sonido audibles tienen una longitud de onda entre menos de 2 y alrededor de 17 cm.

El sonido es una perturbaci�n que se propaga en el aire. Imaginamos un tubo lleno de aire con un pist�n en un extremo. Dentro del tubo hay muchas peque�as part�culas de aire. Al principio, el aire en el tubo no se mueve, o, en t�rminos t�cnicos, est� en equilibrio. El equilibrio es din�mico, las mol�culas se mueven ca�ticamente en todas direcciones debido a la agitaci�n t�rmica, y est�n homog�neamente repartidas en el tubo.

El sonido se define como una perturbaci�n que se propaga a trav�s del aire. Esto significa que el sonido se transmite mediante ondas que se desplazan a trav�s del medio a�reo. Para considerar como ejemplo se puede imaginar un tubo lleno de aire con un pist�n en uno de sus extremos, en su interior hay una multitud de diminutas part�culas de aire que inicialmente est� en reposo, o, en t�rminos t�cnicos, se encuentra en equilibrio. Este equilibrio es din�mico lo que representa que las mol�culas se mueven de manera ca�tica en todas direcciones debido a la agitaci�n t�rmica y est�n distribuidas de manera uniforme a lo largo de este elemento.

La absorci�n ac�stica es la conversi�n de energ�a de una onda sonora en energ�a t�rmica. Cuando una onda ac�stica llega a un material, parte de su energ�a es reflejada, otra parte es absorbida como energ�a calor�fica, y el resto la atraviesa. La cantidad de energ�a que se convierte en calor var�a seg�n la capacidad de absorci�n de sonido del material.

El coeficiente de absorci�n ac�stica expresa las propiedades absorbentes de sonido de un material en diferentes frecuencias. El coeficiente de absorci�n ac�stica se calcula como la proporci�n de energ�a sonora absorbida y la energ�a sonora incidente. Es sin dimensiones y va de 0 (reflexi�n total) a 1 (absorci�n total).

El empleo de un manual de operaci�n y mantenimiento ayuda a proteger y conservar los elementos del equipo llamado tubo de impedancia, disminuyendo costos y aumentando su vida �til y de trabajo de manera eficiente para los ensayos que se realizaran con el mismo, para lo cual se desarrolla un procedimiento metodol�gico para elaborar estos documentos para el tubo de impedancia ac�stica, mediante la revisi�n de trabajos de investigaci�n, estudios previos realizados y bibliograf�a espec�fica.

�Los manuales de operaci�n y mantenimiento se fundamentan en varias normativas a tomar en cuenta para su posterior implementaci�n, con lo cual se ha logrado a trav�s del tiempo un correcto uso y funcionamiento de sistemas, equipos y herramientas, empeladas en distintas �reas, como la construcci�n, dise�o y fabricaci�n de elementos de m�quinas entre otros.

 

Metodolog�a

El tubo de impedancia ac�stica fue dise�ado en materiales de acero inoxidable y cuenta con varios elementos que permiten realizar an�lisis de impedancia ac�stica con el fin de poder determinar la capacidad de absorci�n ac�stica de distintos materiales en condiciones de laboratorio para su estudio y de la misma manera con la elaboraci�n de manuales con los que se le podr� dar el uso adecuado y el mantenimiento correspondiente, equipo utilizado en la escuela de Mantenimiento Industrial de la Facultad de Mec�nica de la ESPOCH.

 

 

 

Datos t�cnicos del tubo de impedancia ac�stica

Se detalla informaci�n correspondiente a las partes principales del equipo

 

Tabla 1: Datos t�cnicos del tubo de impedancia ac�stica

 

 

Figura 1: Partes del tubo de impedancia ac�stica

 

Diagn�stico de componentes del tubo de impedancia ac�stica

Previo a la elaboraci�n de los manuales de operaci�n y mantenimiento del tubo de impedancia ac�stica es necesario poner en marcha el equipo y realizar la verificaci�n de su buen funcionamiento por medio de ensayos.

Usando un analizador de vibraciones VibraCheck se podr� determinar la frecuencia natural del m�dulo en el cual se realizar�n los ensayos con los distintos materiales.

 

Figura 2: An�lisis vibracional del tubo de impedancia ac�stica

 

La frecuencia natural se la expresa por medio de ondas en las cuales se aprecia los picos tanto de 1x como 2x sucesivamente, estos nos permiten hallar la frecuencia en la cual operar� sin errores y posterior permitir� modificar detalles para su correcto funcionamiento.

 

Figura 3: Frecuencia natural del tubo de impedancia ac�stica 1x

Al verificar la correcta operaci�n del equipo se procede a indicar que el dispositivo es �til y confiable para las pruebas que se van a realizar en �ste, siendo el siguiente paso la implementaci�n de los manuales de operaci�n y de mantenimiento correspondiente.

 

Ubicaci�n del banco de pruebas (tubo de impedancia ac�stica)

Para la ubicaci�n del m�dulo de trabajo se tom� en cuenta las dimensiones del laboratorio en el cual funcionar� y de tal manera tener un �rea adecuada para su instalaci�n y posterior uso.

 

Figura 4: Puesto de trabajo del tubo de impedancia ac�stica

 

Dise�o del manual de operaci�n necesario para el manejo del tubo de impedancia ac�stica

Es necesario implementar un manual de operaci�n, como tambi�n de los pasos necesarios para el correcto funcionamiento del equipo, ya que su incorrecta manipulaci�n desembocar�a en fallas de an�lisis o da�os en cada uno de los elementos que conforman el tubo de impedancia, siendo estos de dif�cil reemplazo ya sea por su elevado costo o su dif�cil acceso en el mercado.

 

 

 

 

 

Figura 4: Operaci�n del tubo de impedancia ac�stica

 

 

Figura 5: Manejo de la interfaz del tubo de impedancia ac�stica

 

Manual de mantenimiento para el tubo de impedancia ac�stica

Se entiende como manual a una gu�a en la que se ejecutan acciones t�cnicas, operativas y de mantenimiento de los equipos y elementos que conforman un equipo, taller o laboratorio, con la finalidad de asegurar su disponibilidad y confiabilidad operativa del equipo.

 

Figura 6: Codificaci�n t�cnica del tubo de impedancia ac�stica

 

Determinaci�n del estado de criticidad de los elementos del tubo de impedancia ac�stica

Para el an�lisis de criticidad se utiliza la metodolog�a semicuantitativa, que es de f�cil manejo, en la que se emplea la frecuencia de fallos y criterios de evaluaci�n enfocados en identificar el grado de impacto en las �reas: operacionales, verifica la flexibilidad operacional, eval�a el impacto en los costos de mantenimiento y el impacto en la seguridad humana y el ambiente. Se obtienen los siguientes resultados:

 

Tabla 2: Elementos de muy alta criticidad

 

 

Tabla 3: Elementos de baja criticidad

 

Ficha t�cnica del tubo de impedancia ac�stica

 

Tabla 4: Ficha t�cnica del tubo de impedancia ac�stica

 

 

 

 

Banco de tareas de mantenimiento

 

Tabla 5: Tareas de mantenimiento del tubo de impedancia ac�stica

 

Resultados y Discusi�n

Para entender de manera concreta c�mo opera y los pasos necesarios para el mantenimiento del tubo de impedancia ac�stica, se da una gu�a, esto ayudar� de manera que los estudiantes y personal que realice pruebas en el equipo lo realicen adecuadamente con el tiempo necesario para cada ensayo.

 

Presentaci�n del manual de operaci�n

El prop�sito de esta gu�a es proporcionar las herramientas y la informaci�n necesarias para operar adecuadamente el banco de pruebas denominado tubo de impedancia ac�stica. Para la operaci�n se presentan siete pasos fundamentales, que garantiza el correcto manejo apoyado de los est�ndares presentes en normas internacionales como la UNE EN ISO 10534-2 esto permitir� preservar la vida �til del equipo.

Este manual aplica desde la ubicaci�n de cada uno de los equipos en las posiciones correspondientes, pasando por las instalaciones y conexiones necesarios entre ellos para poder realizar las mediciones.

Posterior se realizar� la toma de mediciones por parte de los estudiantes, con el uso de los programas previamente instalados, y conociendo el uso del interfaz y cada uno de sus respectivos comandos y teniendo en cuenta las var�ales necesarias que se pueden modificar con cada uno de los elementos que se analicen

 

Tabla 6: Gu�a para el uso del tubo de impedancia ac�stica

 

Determinaci�n de las muestras de ensayo

Para realizar los ensayos en el tubo de impedancia ac�stica se debe tener en cuenta algunos par�metros correspondientes a cada material con el que se va trabajar, como: densidad, volumen y masa.

Material: Bloque

 

Figura 7: Bloque

 

 

Material: Ladrillo

 

Figura 8: Ladrillo

 

Material: Cer�mica

 

Figura 9: Cer�mica (Baldosa)

 

 

 

 

 

 

 

An�lisis de los ensayos realizados

 

Figura 10: Impedancia vs frecuencia micr�fono 1

 

Tabla 7: Impedancia ac�stica micr�fono 1

 

Figura 11: Impedancia vs frecuencia micr�fono 2

 

Tabla 8: Impedancia ac�stica micr�fono 2

 

Mantenimiento del tubo de impedancia ac�stica

 

Tabla 9: Plan de mantenimiento del tubo de impedancia ac�stica

 

Conclusiones

Un proceso adecuado de revisi�n bibliogr�fica con informaci�n relacionada a los m�todos y t�cnicas para la elaboraci�n de manuales de operaci�n y mantenimiento de tubos de impedancia ac�stica ha permitido generar un documento que abarca datos t�cnicos, pasos para el funcionamiento y recomendaciones de mantenimiento y seguridad.

El manual de operaci�n implementado detalla los pasos a seguir de manera consecutiva y precisa para la correcta operaci�n del equipo, el formato resulta �til para los estudiantes, optimizando los procesos y evitando la inadecuada manipulaci�n del mismo.

El modelo resultante incluye varios campos de aplicaci�n �tiles para fomentar un correcto desenvolvimiento, limpieza y reparaci�n de cada uno de los elementos que conforman el banco de pruebas, obteni�ndose historiales de falla y procedimientos con la finalidad de preservar el equipo en las mejores condiciones posibles.

Los ensayos realizados, utilizaron tres tipos de materiales: bloque, ladrillo y cer�mica, arrojando resultados de impedancia en base a frecuencias de 250, 500 ,1000 Hz, mismas que son soportables por el o�do humano. Mediante la base de datos realizada en LabVIEW y Matlab analizando y comparando las impedancias de cada uno de los materiales, se ha obtenido como resultado el nivel de disipaci�n de ruido tanto para el micr�fono uno y el micr�fono dos en los distintos materiales.

 

Referencias

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� 2024 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).

 

 

 

 

 

 

 

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