UTN- FRC -Producción Académica de Investigación y Desarrollo - Artículos
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Item Diseño y cálculo de un actuador eletromecánico lineal para accionamiento de la tobera de un vehículo lanzador(2007) Salomone, Javier; Jazni, Jorge E.; Cova, Walter J.D.; González, Gustavo J.; Cagliolo, CarlosLos actuadores electromecánicos de altas prestaciones, basados en los avances tecnológicos de los materiales magnéticos y la electrónica de potencia, son una posible alternativa a los actuadores electro hidráulicos para aplicaciones de control del vector empuje. La disponibilidad de imanes permanentes con elevado producto de energía ha hecho posible reducir la masa de los materiales magnéticos requeridos para los motores de corriente continua. La masa reducida del imán junto a un bajo momento de inercia del rotor permiten lograr una buena respuesta dinámica. Los motores brushless permiten conmutaciones a alta frecuencia y, consecuentemente, el empleo de elevadas velocidades del motor para proveer la velocidad de salida requerida en el actuador, dando por resultado motores pequeños y por ende un reducido tamaño del actuador. La utilización de imanes de altas prestaciones permite asimismo alcanzar elevados picos de cupla motriz. Los avances en el área de la conmutación electrónica de potencia posibilita construir controladores para potencias que antes no eran alcanzables. Es por ello que los actuadores electromecánicos utilizando motores brushless de corriente continua constituyen hoy alternativas viables para la realización de sistemas de actuadores en muchas aplicaciones. Se presenta el diseño de un actuador electromecánico lineal de alto rendimiento, caracterizado por un amplio ancho de banda de respuesta en frecuencia, alta resolución y elevada rigidez.Item Plataforma de Simulación en tiempo real del control del vector de empuje de un vehículo lanzador(2007) Modesti, Mario; Vaschetti, Jorge Carlos; Jazni, Jorge E.; Cova, Walter J.D.; Naguil, Jorge; Pedroni, Juan PabloSe presenta en este trabajo el diseño de una plataforma "hardware in the loop" para simulación en tiempo real de una tobera de uso aeroespacial de caracteristicas mecanicas específicas. El sistema consiste en un modelo Simulink® del sistema dinámico embebido en xPCTarget® (herramienta disponible en Matlab®), ejecutándose en tiempo real en PC y por medio de hardware estándar, con la implementacion de los dos lazos de posicionamiento y el desacoplamiento respectivo. Se desarrolla un modelo que incluye las perturbaciones reales a las que será sometido el vehículo en el cual se aloja la tobera, con datos de referencia provenientes de un sistema de navegación y guiado externo. El sistema final implementa animación y representación gráfica por medio de SimMechanics® (toolbox de Matlab®).Item Consideraciones Dinámicas sobre el control de una tobera pivotante(2007) Naguil, Jorge; Pedroni, Juan Pablo; Cova, Walter J.D.; Jazni, Jorge; Modesti, MarioSe analizan las cargas dinámicas impuestas por el conjunto constituido por la tobera y los dos actuadores electromecánicos montados a 90° para la orientación del eje de empuje de un vehículo lanzador. Se estudia la influencia de los componentes del conjunto y las simplificaciones aplicables, se discute la utilización de las expresiones de Euler y Kane para obtener el modelo dinámico del sistema, se presenta un esquema de control y se genera la correspondiente ley de control para el movimiento combinado de los actuadores, sometida a las especificaciones de comportamiento dinámico y restricciones cinemáticas. Se validan los resultados obtenidos mediante simulaciones en condiciones de funcionamiento lineal y no lineal, se evalúa la performance del controlador utilizando un índice de optimización.Item Accionamiento cruzado de una tobera,consideraciones cinemáticas y ley de control(2007) Cova, Walter J.D.; Jazni, Jorge E.; Naguil, Jorge; Pedroni, Juan Pablo; Modesti, MarioSe analizan las restricciones cinemáticas impuestas por la utilización de dos actuadores montados ortogonalmente entre sí para la orientación del eje de una tobera (sistema de control de empuje de un vehículo de lanzamiento), empleando pivotamientos asimilables a una cruceta. Se discute la realización de las funciones de cinemática directa e inversa mediante diferentes aproximaciones a las formulaciones analíticas, con el objeto de reducir los requerimientos sobre el procesador digital de comandos. Se estudian las condiciones de ortodromicidad aplicables a la trayectoria del eje de la tobera y se genera la correspondiente ley de control para el movimiento combinado de los actuadores, sometida a las especificaciones de comportamiento dinámico impuestas por los requerimientos de diseño. Se validan los resultados obtenidos mediante simulaciones en condiciones de funcionamiento no lineal y lineal (respectivamente para grandes y pequeñas señales), que incluyen el cálculo del índice de comportamiento, definido en función del desvío de la trayectoria real del eje de la tobera respecto de la ortodrómica optimal.Item Requerimiento de aviónica reducida para vehículos lanzadores de dos etapas(2007) Pedroni, Juan Pablo; Naguil, Jorge; Vaschetti, Jorge Carlos; Jazni, Jorge E.; Cova, Walter J.D.Se formulan los requerimientos correspondientes a los sistemas electrónicos que componen la Aviónica de un lanzador satelital tipo LEO (Low Earth Orbit). Basándose en las necesidades del cliente, una Institución Nacional, se fijan los requerimientos y especificaciones del Sistema Aviónica y sus Subsistemas tanto de performance como de consumo de energía, redundancia, peso y volumen, todos ellos considerados factores críticos de diseño. También se definen los requerimientos de interfaces eléctricas y electrónicas entre los Subsistemas que componen la aviónica entre sí y con el resto del Sistema Espacial. A partir del estudio del estado del arte se enfatiza la aplicación de técnicas y tecnologías de última generación en diversas áreas, como la aplicación del concepto de Health Management System (HMS) en la totalidad de la aviónica y la utilización de tecnología Micro ElectroMechanical Sensors (MEMS) en sensores. Se hace hincapié en la aplicación de las normas y estándares de las principales agencias espaciales internacionales para favorecer la interacción entre los distintos grupos encargados de llevar adelante la realización de dicha aviónica.Item Desarrollo de un caudalímetro para propelentes líquidos de vehículos espaciales(2012) Jazni, Jorge E.; Cova, Walter J.D.; Salomone, Javier; González, Gustavo J.Se presenta el desarrollo de un caudalímetro a turbina para medición de caudales de propelentes de vehículos espaciales a combustible líquido, realizado por requerimiento de las autoridades nacionales de desarrollo espacial. Los caudalímetros a turbina axiales logran su mejor desempeño en la medición de flujo de fluidos con bajas viscosidades cinemáticas, siendo en general lineales para regímenes subsónicos y flujos turbulentos. Bajo estas condiciones la estabilidad mecánica de este tipo de dispositivos ofrece una excelente performance en la repetibilidad. El diseño básicamente incorpora un rotor con álabes suspendido axialmente en la dirección del flujo en el interior del ducto conductor de fluido. La velocidad angular de la turbina es proporcional al caudal y medida por un sensor. Del análisis de requerimientos se establece como alcance del trabajo el diseño de un caudalímetro a turbina para medir hasta 10litro/s para propelentes MMH y NTO, y pérdida de carga máxima de 1bar a máximo caudal. La metodología aplicada sigue los clásicos lineamientos de la ingeniería de desarrollo: análisis de requerimientos, estudios de factibilidad, diseños preliminar y definitivo, cálculos, simulación, construcción de partes, integración, ensayos y evaluación. Partiendo de las leyes de conservación de masa y variación de cantidad de movimiento se deduce la formulación de cuplas activas y parásitas que se ejercen sobre el rotor, estando estas últimas representadas por la resistencia de deslizamiento del fluido en la superficie de las palas, drag producido por el cubo con el fluido y momentos originados por el sensor electromagnético y fricción de rodamientos, las que, junto con las propiedades del fluido circulante, influyen en la determinación del factor K (pulsos/litro) del instrumento para los fluidos considerados. El caudalímetro fue construido y ensayado exitosamente, presentándose los resultados obtenidos.Item Consideraciones para el desarrollo de un molinete hidrográfico de precisión de bajo costo(2012) González, Gustavo J.; Cova, Walter J.D.; Jazni, Jorge E.; Salomone, Javier; Farchetto, Sergio J.; Omedo, Sergio D.; Carrara, Sergio D.; Gutiérrez, Francisco G.; Weber, Juan F.Este trabajo contempla como objetivo presentar los conceptos utilizados para el desarrollo de un molinete hidrográfico (o correntímetro) de precisión de bajo costo con indicación digital, atendiendo las necesidades planteadas por el Laboratorio de Hidráulica de la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Córdoba. De acuerdo al estudio de antecedentes realizado de los diferentes esquemas utilizados [1] y a la tecnología disponible, se decidió encarar una investigación de tipo aplicada consistente en el desarrollo de un instrumento mecánico-electrónico para atender a las especificaciones requeridas, especialmente en lo que refiere a aspectos técnicos de minimización de cuplas de rozamiento y a costos. Se formula un modelo físico-matemático [2], con el que se dedujeron las relaciones constructivas y operativas que constituyeron hipótesis de funcionamiento que fueron contrastadas una vez construido el modelo de laboratorio del instrumento. El dispositivo consiste de un molinete de dos palas planas opuestas y caladas según un ángulo determinado con respecto al eje de rotación y fijas a un cuerpo fusiforme. El conjunto, completamente metálico, se estabiliza vía dos bujes de acero inoxidable que absorben cargas radiales y un cojinete del tipo pivote - rubí que soporta las cargas axiales. Las cargas radiales se minimizan al estar el conjunto diseñado de manera de conseguir un equilibrio colineal del empuje arquimediano. El sistema de adquisición electrónico de mediciones está formado por un dispositivo portátil, con una memoria no volátil donde se almacenan los datos de las mediciones realizadas; permitiendo el mismo mediante un enlace RS232, descargar la información en una PC. Finalmente se presentan y analizan los resultados de la calibración donde se corrobora que el molinete cubre adecuadamente las necesidades de trabajo planteadas. mostrando un desempeño de calidad, contemplando alcanzar una transferencia de los conocimientos al medio industrial.Item Modelado, optimización termoestructural y ensayos funcionales de un motor monopropelente de 1.5N para uso espacial(2011) Salomone, Javier; Giusti, Sebastián; Manavella, Luciano; Sanna, Alexis David; Micheloud, Pablo D.; González, Gustavo J.; Jazni, Jorge E.; Cova, Walter J.D.El diseño de un motor de hidracina de bajo empuje para aplicaciones espaciales, se analiza en su comportamiento térmico, incluyéndose la op-timización termoestructural de la interface entre la cámara de combustión y la válvula de control de flu-jo; los resultados obtenidos son corroborados sobre prototipos de ingeniería sometidos a una evaluación experimental (firing-test). La primera parte barca el estudio del comporta-miento térmico del motor empleando una modeliza-ción discreta basada en la analogía flujo de calor – intensidad de corriente. Si bien tal modelización no alcanza la precisión que puede obtenerse aplicando elementos finitos, los resultados obtenidos brindan un excelente punto de partida para conocer la distri-bución de temperaturas en diferentes elementos del motor. Aplicando técnicas avanzadas de simulación numérica puede predecirse el comportamiento es-tructural de elementos geométricamente complejos y fuertemente comprometidos por solicitaciones mecá-nicas. En la segunda parte, se presentan los resulta-dos obtenidos mediante técnicas de Optimización Topológica aplicadas al diseño de la interface entre la cámara de combustión y la válvula de control de flujo. Esta interface resulta de importancia: de su capacidad de disipación depende la duración de los sellos blandos de la válvula de control y consecuen-temente la vida útil del motor. En la tercera parte, se presentan los ensayos fun-cionales de caracterización de la performance del prototipo, evaluando: nivel de empuje del motor, tiempo de respuesta, temperaturas del lecho catalíti-co, de salida de gases, del asiento de válvula de con-trol de flujo, etc. Paralelamente se describen las fa-cilidades especiales desarrolladas por la peligrosidad del combustible (hidracina), y los requerimientos de instrumentación de ensayo. Finalmente, se presentan conclusiones y se reali-zan consideraciones sobre futuros desarrollos.Item Modelado y optimización termoestructural de un motor monopropelente para uso espacial(2011) Salomone, Javier; Giusti, Sebastián; Manavella, Luciano; Jazni, Jorge E.; Cova, Walter J.D.En este trabajo es analizado, desde el punto de vista de su comportamiento térmico, el diseño de un motor de hidracina de bajo empuje para aplicaciones espaciales, realizándose además la optimización termo-estructural de la interface entre la cámara de combustión y la válvula de control de flujo. Una primera instancia abarca el estudio del comportamiento térmico del motor empleando una modelización discreta basada en la analogía flujo de calor–intensidad de corriente. Si bien la modelización propuesta no alcanza la precisión que puede obtenerse aplicando elementos finitos, los resultados obtenidos brindan un excelente punto de partida para conocer la distribución de temperaturas en diferentes elementos del motor. Considerando que los avances en el campo de las técnicas de simulación numérica permiten visualizar a priori el comportamiento estructural de elementos geométricamente complejos y fuertemente comprometidos desde el punto de vista de las solicitaciones mecánicas, en la segunda parte del trabajo, se presentan los resultados obtenidos mediante técnicas de Optimización Topológica aplicadas al diseño de la interface entre la válvula de control de suministro de combustible y la cámara de combustión. Esta interface es de fundamental importancia ya que de su capacidad de disipación depende la duración de los sellos blandos de la válvula de control y por ende la vida útil del motor. Finalmente, se presentan las conclusiones alcanzadas y se realizan consideraciones acerca de futuros desarrollos.Item Requerimientos para el diseño de un pluviógrafo a cangilones con teleindicación vía GPRS(2012) Cova, Walter J.D.; Guitíerrez, Francisco G.; Carrara, Sergio D.; Farchetto, Sergio J.; Jazni, Jorge E.En el presente trabajo se analizan los principios operativos de un pluviógrafo de cangilones con almacenamiento y transmisión de datos a demanda vía GPRS, se plantean los requerimientos funcionales y se describen algunos resultados experimentales obtenidos con los prototipos de subsistemas implementados. El objetivo final del proyecto es producir un modelo de laboratorio de un instrumento que resulte funcionalmente compatible con los estándares de la WMO (World Meteorological Organization). El desarrollo ha sido abordado como un proyecto interfacultades con intervención de las Facultades Regionales Córdoba y La Rioja de la Universidad Tecnológica Nacional. Metodológicamente se parte del planteamiento de un modelo físico-matemático para la dinámica de medición del pluviógrafo, en base a cuya simulación numérica quedan definidas las principales fuentes de errores sistemáticos y la capacidad de almacenamiento local requerida para datos, supuesta una operación inatendendida de un semestre de duración. Fundado en el análisis precedente, se realiza el diseño conceptual del los subsistemas electrónicos asociados a la captura y almacenamiento de datos y su transmisión a demanda vía GRPS. Paralelamente al instrumento en sí, cuya sensibilidad es ajustable, se considera la implementación de los dispositivos y procedimientos necesarios para su calibración en los diferentes rangos de precipitaciones admisibles. Asimismo se definen las prestaciones del sistema de recepción y procesamiento de los datos transmitidos, con vistas a su visualización en una página web. Palabras Clave: