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[ES] Este proyecto pretende tanto analizar en profundidad como encontrar la forma más económica y eficiente de monitorizar el motor de una embarcación no tripulada para que pueda estar en funcionamiento durante treinta días, cuando está programado para repostar. La embarcación necesita funcionar de forma autónoma durante treinta días sin ningún tipo de mantenimiento, por lo que es importante tener un control total del motor para que, en caso de cualquier irregularidad, se puedan tomar medidas de seguridad desde tierra y reparar o hacer funcionar el motor al menos hasta que llegue a tierra. La embarcación necesita seguir a un robot submarino encargado del mantenimiento de tuberías sumergidas, por lo que esta embarcación necesita recargar, tomar control y mantenimiento de este. La empresa con la que estoy haciendo mi TFG, uSEA AS, se encuentra en Bergen y todavía está desarrollando este proyecto, por lo que podría ayudarles en su toma de decisiones y demostrar principalmente que la embarcación puede cumplir todas sus funciones al monitorear el motor con distintos tipos de sensores. Estos sensores son de diferentes tipos, los principales sensores que suelen incluir todos los motores son los de vibración y térmicos. Yo me voy a centrar principalmente en que sensores fuera de lo habitual se pueden incluir para llegar a un alto nivel de seguridad y confianza en este motor. De los sensores habituales, los térmicos son de los que en mi opinión más información útil se puede extraer y en consecuencia de los que se deberían analizar los datos con más profundidad. Una vez recopilados todos los datos que creamos oportunos debemos analizarlos para posteriormente diseñar mecanismos que puedan corregir el funcionamiento del motor, como filtros, frenos, inyectores de aceite, imanes¿, [EN] This thesis investigates the use case of an USV operation of a 24m vessel hull, with primary propulsion both diesel and electric and with a general plan of having two main generators sets and an emergency backup system. The operation of the USV will be fully unmanned, and the only scheduled periods for maintenance will be every 30 days when the USV is scheduled for re-fuelling. Day to day monitoring of engines and propulsion systems will be performed via sensors onboard and an taken control from a room onshore. uSEA AS isthe company which is developing this unmanned vessel and a fully automated system for operating autonomous underwater drones which will revolutionize the collection of underwater data. Without risk to crew, and without harming marine life, this company will provide access to critical oceanographic and environmental data- safer, cheaper, faster, and in a more sustainable way. This thesis will be only focused on the main diesel engine, from which we will discuss which sensors we should implement and how. I hope it can serve as a basis for further research on other vessels in a future and show all the benefits it has this challenge. On the other hand, also show all the limitations so they can be reduced someday. Finally, a great part of this thesis is based on assumptions and based on theoretical concepts, so before starting needs to be clarified that there is a big path between this project and its real-life implementation.

[ES] El monitoreo de condición es una técnica ampliamente desarrollada en el ámbito de la ingeniería naval para el mantenimiento preventivo de motores y demás maquinaria. Se basa en el control de la variación de uno o varios parámetros de condición de la máquina para evitar el desarrollo de un fallo en el funcionamiento. No obstante, en estos sistemas siempre existe un componente de intervención humana. Este trabajo se basa, pues, en adaptar y desarrollar un sistema de monitoreo eliminando este factor humano, ya que el buque navegará sin tripulación durante un periodo de treinta días. Para ello, se investigarán métodos alternativos de extracción de información del motor, incluyendo otros sensores para complementar a los datos de vibración que suelen utilizarse en este tipo de mantenimientos., [EN] Condition monitoring is a widely developed technique in the naval engineering field for the preventive maintenance of engines and other machinery. It is based on the control of the variation of one or more condition parameters of the machine in order to avoid the development of a failure during operation. However, in these kind of systems there is always a human intervention component. The thesis is based, then, on adapting and developing a monitoring system without this human factor, as the vessel will operate unmanned during a thirty days period. To achieve it, a research will be carried out to find alternative ways of extracting information from the engine, including other sensors to complement the vibration data that is usually utilized in these kind of maintenance tasks.

Producción Científica, Broken rotor bar (BRB) is one of the most common failures in induction motors (IMs) these days; however, its identification is complicated since the frequencies associated with the fault condition appear near the fundamental frequency component (FFC). This situation gets worse when the IM slip or the operation frequency is low. In these circumstances, the common techniques for condition monitoring may experience troubles in the identification of a faulty condition. By suppressing the FFC, the fault detection is enhanced, allowing the identification of BRB even at low slip conditions. The main contribution of this work consists of the development of a preprocessing technique that estimates the FFC from an optimization point of view. This way, it is possible to remove a single frequency component instead of removing a complete frequency band from the current signals of an IM. Experimentation is performed on an IM operating at two different frequencies and at three different load levels. The proposed methodology is compared with two different approaches and the results show that the use of the proposed methodology allows to enhance the performance delivered by the common methodologies for the detection of BRB in steady state., CONACyT scholarship (415315), Project FOFI-UAQ 2018 FIN201812, PRODEP UAQ-PTC-385 grant

Producción Científica, Condition monitoring of bearings is an open issue. The use of the stator current to monitor induction motors has been validated as a very advantageous and practical way to detect several types of faults. Nevertheless, for bearing faults, the use of vibrations or sound generally offers better results in the accuracy of the detection, although with some disadvantages related to the sensors used for monitoring. To improve the performance of bearing monitoring, it is proposed to take advantage of more information available in the current spectra, beyond the usually employed, incorporating the amplitude of a significant number of sidebands around the first eleven harmonics, growing exponentially the number of fault signatures. This is especially interesting for inverter-fed motors. But, in turn, this leads to the problem of overfitting when applying a classifier to perform the fault diagnosis. To overcome this problem, and still exploit all the useful information available in the spectra, it is proposed to use shrinkage methods, which have been lately proposed in machine learning to solve the overfitting issue when the problem has many more variables than examples to classify. A case study with a motor is shown to prove the validity of the proposal., CAPES (process BEX552269/2011-5)

[ES] El estado de los rodamientos de un bogie siempre ha sido un factor importante desde el punto de vista de la seguridad y el mantenimiento de vehículos ferroviarios. Tradicionalmente la industria ferroviaria ha empleado distintas soluciones para diagnosticar su estado y así evitar pérdidas económicas, de reputación frente al operador o el cliente final, o incluso, materiales y humanas. Hoy en día existe un interés creciente por la opción de monitorear de forma continua variables físicas como vibraciones, ruido o temperatura mediante equipos embarcados, disminuyendo la probabilidad de un fallo inesperado y realizando un mantenimiento de tipo predictivo. Sin embargo, todavía no existen soluciones en el mercado que se consideren robustas y que cumplan de forma satisfactoria todos los requisitos exigidos en este tipo de industria, más allá de algunas propuestas iniciales. En este sentido se enmarca el presente Trabajo, cuyo objetivo es estudiar diferentes alternativas y proponer una solución constructiva para llevar a cabo esta tarea de mantenimiento predictivo en los rodamientos de bogies de locomotoras., [EN] The condition of the bearings of a bogie has always been an important factor from the point of view of the safety and maintenance of railway vehicles. Traditionally, the railway industry has used different solutions to diagnose its condition and thus avoid economic losses, loss of reputation against the operator or the final customer, or even material and human losses. Today there is a growing interest in the option of continuously monitoring physical variables such as vibrations, noise or temperature through on-board equipment, reducing the probability of an unexpected failure and performing predictive maintenance. However, there are still no solutions in the market that are considered robust and that satisfactorily meet all the requirements demanded in this type of industry, beyond some initial proposals. The main goal of this Project is to study different alternatives and propose a constructive solution to carry out this predictive maintenance task in locomotive bogie bearings.

La gestión adecuada de los activos en las subestaciones eléctricas se ha convertido en un tema importante debido a los desafíos que presenta el mejoramiento del desempeño técnico y económico del sistema. Las decisiones que se toman en escenarios de corto, mediano y largo plazo afectan dicho desempeño. En esta tesis, se ha desarrollado una metodología que permite estimar el impacto que tienen decisiones de operación, mantenimiento e inversión sobre indicadores de calidad de energía, por una parte y algunos costos asociados, por otra. La metodología realiza una integración de métodos para la evaluación del envejecimiento de los activos con técnicas para determinar de la condición de salud y tasas de falla, cálculo de indicadores de calidad de energía y evaluación de obsolescencia general. Todos los métodos son tomados de diferentes normas técnicas y artículos científicos, simulados previamente con datos de prueba y después integrados de forma acorde. La metodología desarrollada es de carácter general y puede ser aplicada a cualquier activo de una subestación de distribución. Para efectos de prueba, se simuló sobre un activo específico del cual se pueda obtener la mayor información técnica posible. El impacto sobre los indicadores de calidad de energía y beneficios económicos debido a diferentes escenarios de operación, mantenimiento e inversión, será medido mediante un análisis de sensibilidad, el cual cambiará parámetros esenciales de los tres escenarios. Abstract Proper management of assets in electrical substations has be ome an important issue because of the hallenges of improving the technical and economic performan e of the system. The decisions taken in scenarios short, medium and long term, a�e t that performance. In this thesis, it has developed a methodology to estimate the impa t of operating desisions, maintenance and investment on power quality indicators, on one hand, and some associated costs, on the other. The methodology performs an integration of methods for evaluation of assets aging with techniques to determine health ondition and failure rates, power quality indicators calculation and assessment of overall obsolescence. All methods are taken from di�fferent technical standards and scienti�fic papers, previously simulated with test data and then integrated accordingly. The methodology developed is general and can be applied to any asset of a distribution substation. For testing purposes, it was simulated on a specific asset which can obtain the highest possible technical information. The impact on quality indi cators of energy and economic benefi�ts due to diff�erent scenarios of operation, maintenance and investment, will be measured by a sensitivity analysis, which will change essential parameters of the three scenarios. Doctorado

La presente investigación tuvo como objetivo diseñar una metodología para el análisis de las magnitudes operacionales de temperatura del sistema de gestión de energía XA/21 en dos unidades de generación de la Central Hidroeléctrica Paute Molino, enfocados al monitoreo de condición como herramienta de vigilancia y protección para gestión de alarmas, gestión operativa y de mantenimiento. La información analizada fue tomada del software “Sistema de análisis y registro de operación y mantenimiento”, la cual es una herramienta de gestión operativa y administrativa de las Centrales de la Unidad de Negocio Hidropaute, para la interpretación estadística de los datos y la determinación de intervalos de tolerancia estadísticos se tomó como referencia la norma ISO 16269-6; la interpretación está enfocada a la adquisición de datos y análisis de acuerdo a la norma ISO 17359 de monitoreo de condición y diagnóstico de máquinas. Los resultados obtenidos son actividades de mantenimiento preventivo para los procesos de operación y mantenimiento que garantizan la conformidad de las mediciones y límites de control de alarmas apegados al contexto operacional. En conclusión se ha verificado que los límites de control de alarmas actuales no están acordes al contexto operacional actual, por lo que se recomienda la aplicación de la metodología propuesta para una adecuada gestión de alarmas, operativa y de mantenimiento. The objective of this research study was to design a methodology for the analysis of operational temperature levels for the power management system XA/21 in the two generation units of the Hydroelectric Power Station Paute Molino, focused on condition monitoring as a tool for the monitoring and protection for alarm management, operational management and maintenance. The information analyzed was taken from the software ´System analysis and operation and maintenance recording´ which is a tool for the operational and administrative management of the Power Stations of the company Hidropaute. The norm ISO 16269-6 was used as a reference for the statistical interpretation of data and the determination of statistical tolerance intervals; the interpretation is focused on data acquisition and analysis in accordance with norm ISO 17359 for condition monitoring and machine diagnostics. The results are preventive maintenance activities for operation and maintenance processes that ensure compliance with measurement and control limits for alarmas in the operational context. In conclusion it has been verified that the limits of current alarms are not commensurate with the current operational context, as a result the application, of the proposed methodology is recommended to ensure proper alarm management, operation and maintenance.

El presente trabajo pretende desarrollar un sistema de monitoreo de condición de máquinas rotativas basado en señales acústicas, con el fin de medir caudal en tuberías por técnica de ultrasonido e identificar fallas de los distintos componentes del dispositivo rotatorio. La implementación de un sistema electrónico de medición de caudal, un sistema electrónico de adquisición de sonido y una metodología de procesamiento de señales, permiten la realización de las tareas propuestas por el sistema de monitoreo. Las distintas pruebas de validación del sistema comprueban que el sistema desarrollado logra medir la velocidad del flujo en tuberías de agua y estimar fallas de turbinas y rodamientos aún cuando las señales acústicas tengan altos niveles de ruido ambiental This work aims to develop a condition monitoring system of rotating machines based on acoustic signals, with the purpose of measuring flow by ultrasonic technique in pipes, and fault identification of rotating machine’s components, using its irradiated sound. The implementation of a measuring electronic system, an acquisition electronic system and a processing signal’s methodology allows the monitoring system tasks performance. The system’s validation tests prove that the developed system achieves flow measure in water’s pipes and find faults on turbines and bearings although the acoustic signals have several environmental noise levels Maestría

Condition monitoring based on vibration measurement and analysis of planetary gear transmissions has not provided the same good results observed in conventional fixed-shaft gear transmissions. One of the causes being the improper interpretation of the vibration spectrum. The structure of the lines present in the spectrum of the vibrations measured on a non-faulty planetary gear transmission, with a sensor mounted on the outer part of the ring gear, is strictly related to the geometry of the transmission. Hence, different spectral patterns can be found for different planetary gear transmissions. In this work, a vibration model for a single-stage planetary gear transmission is presented to explain this phenomenon. The model is developed in the time domain and analyzed in the frequency domain by using the Fourier transform. It is shown that some planetary gear transmissions, with different geometries, present similar spectral structures. Based on this, a classification of planetary gear transmissions in four groups is proposed. The spectral characteristics of the vibrations of each group are presented. The classification allows for a fast estimation of the expected spectral pattern of the vibrations of any single-stage planetary gear transmission. Through this, contribution is expected in order to increase the effectiveness of vibration-based condition monitoring in planetary gear transmissions. En su aplicación a transmisiones planetarias, el monitoreo de condiciones basado en el análisis de vibraciones no ha otorgado resultados favorables. Una de las principales causas es la inadecuada interpretación del espectro de las vibraciones. La estructura de las líneas presentes en el espectro de las vibraciones medidas en la parte externa del anillo de una transmisión planetaria sin fallas, está estrechamente relacionada con la geometría de la transmisión. Por esta razón, es posible encontrar distintas estructuras espectrales para distintas transmisiones planetarias. Para explicar este fenómeno, en este trabajo se presenta un modelo de las vibraciones para una transmisión planetaria de una etapa. El modelo es realizado en el dominio tiempo, y analizado en el dominio frecuencia mediante el uso de la transformada de Fourier. Se muestra que algunas transmisiones planetarias con distintas geometrías presentan estructuras espectrales similares. Basado en esto, se propone una clasificación de las transmisiones planetarias en cuatro grupos, presentándose las características del espectro de cada uno de ellos. La clasificación propuesta permite una rápida estimación de la estructura del espectro esperado de las vibraciones de cualquier transmisión planetaria de una etapa. De esta forma, se espera contribuir a mejorar los resultados del monitoreo de condiciones en transmisiones planetarias.

In this work, an effective methodology to detect early stage faults in rotating machinery is proposed. The methodology is based on the analysis of cyclostationarity, which is inherent to the vibration signals generated by rotating machines. Of a particularly interest are the second and higher orders cyclostationary components since they contain valuable information, which can be used for the early detection of faults in rolling bearings and gear systems. The first step of the methodology consists in the separation of the first-order periodicity components from the raw signal, in order to focus the analysis in the residual part of the signal, which contains the second and higher order periodicities. Then, the residual signal is filtered and demodulated, using the frequency range of highest importance. Finally, the demodulated residual signal is auto-correlated, obtaining an enhanced signal that may contain clear spectral components related to the presence of a prospective localized fault. The methodology is validated analyzing experimental vibration data for two different cases. The first case is related to the detection of a crack in one of the teeth of a gearbox system and the second case is related to the detection of a pitfall in the inner race of a rolling bearing. The results show that the proposed method for the condition monitoring of rotating machines is a useful tool for the tasks of fault diagnosis, which can complement the analysis made using traditional diagnostic techniques. En este trabajo se presenta una metodología para detectar fallas incipientes en máquinas rotatorias. La metodología está basada en el análisis de cicloestacionariedad, la cual está presente en las señales de vibración generadas por máquinas rotatorias. De particular interés son las componentes cicloestacionarias de segundo orden y de órdenes superiores, puesto que contienen información relevante, que puede ser usada para detección temprana de fallas en rodamientos y transmisiones de engranajes. La primera etapa de la metodología consiste en la separación de las componentes de primer orden de la señal de vibración, para posteriormente centrar el análisis en la señal residual, la cual contiene las componentes ciclostacionarias de órdenes superiores. Luego, la señal residual es digitalmente filtrada y demodulada, considerando el rango de frecuencia de mayor importancia. Finalmente, la señal residual demodulada es autocorrelacionada, obteniendo una señal donde las componentes espectrales generadas por la presencia de una posible falla localizada pueden ser efectivamente detectadas. La metodología es validada analizando mediciones experimentales de vibraciones para dos casos particulares. El primero es la detección de una grieta en uno de los dientes de un sistema de transmisión y, el segundo, la detección de una picadura en la pista interna de un sistema de rodamientos. Los resultados muestran que el método propuesto para el monitoreo de condición de máquinas rotatorias es una herramienta útil en las tareas de diagnóstico de fallas, el cual complementa los análisis con técnicas de diagnóstico tradicionales.

Una forma eficiente de reducir los costos de mantenimiento en turbinas eólicas es mediante el uso de sistemas de monitoreo de condición, mejorando de esta manera su productividad. Debido a esto, en este trabajo se presenta el estudio de diferentes técnicas para el monitoreo de condición en turbinas eólicas. Se hace una revisión de las fallas más comunes en los componentes que la conforman y de las diferentes estrategias de diagnóstico existentes, haciendo foco en técnicas de detección no invasivas. Se analizan estrategias para el diagnóstico de fallas en el generador, la caja reductora y las palas. Finalmente, se expone el uso de convertidores tolerantes a fallas., An efficient way to reduce maintenance costs in wind turbines is using condition monitoring systems. This allows improving the productivity of the wind energy conversion system. The study of different condition monitoring techniques in wind turbines is presented in this work. A revision of the most common faults in the components of a wind turbine is presented. Different diagnosis strategies are reviewed, with emphasis in noninvasive techniques for fault detection. Faults in the generator, gearbox, blades and power converters are analyzed. Finally, the use of fault tolerant converters is shown., Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES)