Análisis de Vibraciones I
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Programa Del Curso 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Vibración: Principios básicos Configuración de las mediciones: consideraciones físicas Configuración de las mediciones Configuración de alarmas y manejo de datos Análisis espectral y de fase Análisis de problemas típicos de maquinaria Monitoreo de rodamientos Tabla de diagnóstico de vibraciones
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1 Vibración: Principios Básicos
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Introducción La medición y análisis de vibraciones es utilizada, en conjunto con otras técnicas predictivas, como técnica de diagnóstico de fallas y evaluación de la integridad de máquinas y estructuras. En el caso de los equipos rotatorios, la ventaja que presenta el análisis vibratorio respecto a otras técnicas como tintas penetrantes, radiografía, ultrasonido, etc., es que la evaluación se realiza con la máquina funcionando, evitando con ello la pérdida de producción que genera una detención.
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Qué Es Vi Vibración? Todas las máquinas Vibran, aún en condiciones óptimas de Mantenimiento y Operación. La vibración es una forma de disipación de energía. Las vibraciones de máquinas son producto del movimiento oscilante de los componentes mecánicos de un lado hacia el otro alrededor de su punto neutro, y como resultado de la reacción a fuerzas internas o externas. La Vibración Cambia, cuando la condición de la maquina cambia. Lo que podemos Escuchar o Sentir, de la máquina, es solo “parte de la historia”. Mediante Análisis de Vibraciones, se puede detectar una amplia variedad de Condiciones de Falla.
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Parámetros Que Definen La Vibración La Amplitud de Vibración nos permite conocer el CUÁNTO del movimiento vibratorio. La Frecuencia de Vibración nos permite conocer el CUÁL de la Vibración, es decir: Cuál problema (p. Ej: Desalineamiento o Falla en Rodamientops), o Cuál componente es el causante del cambio c ambio en el comportamiento (p. Ej: Engranaje o Acople). La Fase de la Vibración nos responde el CÓMO de la Vibración, es decir que nos permite entre otras cosas, conocer C ómo se mueven los apoyos de una m áquina a una frecuencia determinada. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 7 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Vibración
Un ciclo
resorte
límite superior desplazamiento Posición neutral masa
límite inferior tiempo
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Algunos Conceptos Periodo
Ángulo de fase Límite superior
Desplazamiento amplitud pico
1 seg....
tiempo
Señal de referencia
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Amplitud Debido a la adici ón de masa en el punto indicado, el nivel de Vibración aumenta, a medida que aumente la velocidad de giro. La máxima elongación de la onda es la Amplitud, y se puede expresar en Desplazamiento (mils, micras), Velocidad (pulg/seg, mm/seg), o Aceleración (G´s).
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Amplitud Cuando se comparan valores globales de amplitudes, ambas señales se deben medir en el mismo rango de frecuencias y con el mismo factor de escala. escala.
RMS
PICO PICO A PICO
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Frecuencia Es el número de eventos que suceden en una escala de tiempo. Este Ventilador gira cinco veces cada segundo; Es decir, que su Frecuencia de giro es de 5 Hertz, o de 300 3 00 CPM (5 x 60). 60) . Período y Frecuencia son parámetros inversos
Un Segundo de Tiempo
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Período = 1/Frecuencia
Amplitud Y Frecuencia
La amplitud de la vibración indica la severidad del problema. La frecuencia de la vibración indica la fuente del problema.
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Aumento De Frecuencia Y Amplitud Al duplicar el giro del ventilador, las ondas se aprecian más cercanas unas a otras, y la frecuencia de giro pasa a ser 10 her ertz tz o 600 600 CPM CPM.. Al aumentar la masa en el punto indicado, la altura de la onda se incrementa.
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Vibr Vi brac ació ión: n: Qué Qué Me Medi dimo mos? s? • Desplazamiento: es la amplitud del movimiento/onda. • Velocidad: es la cantidad de desplazamiento en un tiempo. • Aceleración: es el cambio de velocidad en el tiempo. 0
90
180
Acceleration
aceleración
velocidad
Tiempo 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 15 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
270
Velocity
360
Displacement
desplazamiento
Desplazamiento Es la distancia que viaja un objeto desde su punto de equilibrio. Movimiento de la máquina o estructura relacionado con el esfuerzo. Es la medida dominante a bajas frecuencias (inferiores a 1200 cpm).
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Velocidad Es la rata de cambio del desplazamiento con respecto al tiempo y está es tá re rela laci cion onad ado o co con n la fa fati tiga ga (es el mejor indicador de la energía destructiva total). Es la medida dominante en el rango de frecuencias frecue ncias desde 600 cpm hasta 60.000 cpm.
Eventos en bajas y medias frecuencias (desbalanceo, desalineación, etc.) se aprecian mejor en velocidad. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 17 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Aceleración Se define como la rata de cambio de la velocidad con respecto al tiempo y esta relacionado con las fuerzas de impacto y/o choques presentes en los componentes de la máquina . Es la medida dominante en altas frecuencias (superiores a 60.000 cpm).
Nos indica problemas causados por impactos/choques. Eventos de altas frecuencias (rodamientos, engranajes, lubricación, etc.) se aprecian mejor en aceleración. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 18 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Cómo Medimos La Vibración? engranaje rodamiento . . . e c f r e a a A l t
Rotor
Vibración Global
T I E M P O
t i m e
TIEMPO
ONDA COMPLEJA EN EL TIEMPO
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. . . e c r e f j a B a
i a n c e c u f r e
Las señales individuales se combinan en una vibración compleja en el tiempo, denominada Vibración Espectral
Vibración Global
Es la energía vibratoria total en un rango de frecuencia: • Incluye la combinación de todas las señales vibratorias dentro de un rango de frecuencia. • No incluye las señales vibratorias fuera del rango de frecuencia especificado. • Lo representa un valor numérico en mm/s, in/s, g ´s, gE. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 20 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Onda En El Tiempo
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Vibración Espectral d a d i r e v e S = d u t i l p m A
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Frecuencia = Tipo de Problema
Análisis de Espectros FFT Engranaje Rodamiento . e q r e f a a a l t
Desbalanceo i T i t e e m m p o
Espectro FFT
i a n c e c u f r e
Muestra las componentes de las vibraciones en sus respectivas frecuencias f recuencias (dominio de frecuencias)
i a n c e u . . . . .. f r e c . . . c
e F r e a j b a
d u t i l p m a
frecuencia 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 23 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Unidades De Medición
Inglés
Métrico
Desplazamiento
Mils: Mil s: pic pico/p o/pico ico (p(p-p) p)
Micron Mic rones: es: pico/p pico/pico ico (p(p-p) p)
Velocidad
in/sec: in/s ec: rms o pic picoo (p) (p)
mm/seg: rms
G: pico (p)
G: rms ó mm/ sec2 : pico
Aceleracion
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Conversión Entre Medidas Para un movimiento armónico los valores pico para desplazamiento, velocidad y aceleración pueden ser calculados con las siguientes fórmulas: Velocidad = 2πf * D Aceleración = 2πf * V. = (2πf )² D. D: desp desplaz lazami amient entoo pic picoo (pu (pulg) lg)..
1mill pp =0,0 1mi =0,001” 01” pp = 25,4 mic micras ras pp
F : frecuencia (ciclos/seg).
1hz.(Ciclo/seg) = 60 ciclos/min.
V: velo velocid cidad ad (pu (pulg/s lg/seg) eg)..
1pulg/s 1pu lg/seg eg = 25, 25,44 mm/ mm/seg. seg.
A: acele aceleració raciónn (pul (pulg/seg²) g/seg²)
1g = 386,1 pulg/s pulg/seg² eg² = 9,8 mm/seg mm/seg²²
Π
: 3,1416
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2 Configuración De Las Mediciones: Consideraciones Consideraciones Fí sicas sicas
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Registro De Planta
Planta Unidad/Área/Línea Activos 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 27 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Configuración De Las Mediciones Consideraciones físicas: •
Seleccionar las máquinas
•
Seleccionar los planos de medición
•
Seleccionar la posición del sensor
•
Preparar las superficies
•
Seleccionar la técnica de montaje del sensor
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Registro De Planta Es un listado de toda la planta, los equipos y los edificios que perten per tenece ecenn o se usan usan como como fact factoria oria y que que están mantenidos por el personal de mantenimiento, a ún si es subcontratado. Incluye las máquinas ó equipos que intervienen en el proceso productivo. Estas deben estar correctamente identificadas indicando su posición, tipo, consecutivo entre otros aspectos. También, es de igual manera importante, contar con un diagrama de flujo de proceso que indique las unidades ó lineas line as de proceso proceso que que constituyen constituyen el proceso proceso producti productivo. vo.
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Matriz De Criticidad Prove veee una herra ram mienta para est establecer los niveles de cri criticidad de los eq equi uipo poss en la pl plaant ntaa de dell cl clie ient nte, e, en fun funci ción de los impactos glob gl obal ales es en cua cuant ntoo a: • Seg Seguri uridad dad y Medio Medio Ambi Ambient ente. e. Calida idadd y Prod Product uctivi ividad dad.. • Cal Tiem empo poss op opera eraci cion onal ales es y/o de Oc Ocup upac aciión. • Ti • Oportunidad de Producción. • Frecuencia de Falla. • Co Cost stos os de re repa para raci ción. Esto se efectúa con el objetivo de facilitar la toma de de decisiones y prioridades de ma mantenimiento al mo momento de de in iniciar la la implementación de un programa PdM. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 30 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Matriz De Criticidad
-vel Inte In vóoal alo os-odo meno me nor rost mese me ses. s. A Niv vel El tRA mpo Apycc ccid cdproc cos ente oseso sde pers pe repa re rson onal raci ales ción es, ón , ag agre son so resi nsion elevados. elevados ones es al me medi .la dio oocid ambi am bien daño da ños s ma mate teri rial ales Nive Ni 1tie Prod Pr oduc ucto con co n dpara def efec ecto tos, s, redu re ducc cció ión n de veloc vel idad adente otedey la prod pr oduc ucci ción ón. . es.. 2l4tev hiemp rAato o/o iatos .t6tes PARA PA todo elriden proceso product prod uctivo. ivo. E póturn pr rmpo oBpa m-oeos dyei/o ouriac uho nost arari ede zeso pla omini rprod anist ñlida o .rati B Niv vel El tsRA iemp Expo Ex posi csici cos ción tnvón o aad ri ries repa re esgo para gos raci suctivo. ción ón acid son so nla suportables. suportables sduti altivi m med edio .io ambi bien entte o del del pat patri rimo moni nio. o. Nive Ni ln2tie Vari Va ació ión cali ca dad dde ovac d de laente ptes pro rodu vida dad. d. am -vel Dos Do tu rnos hora rio ode admi stra tiv oe.iden PARA PA part rte del proceso proc productiv o. Rara Ra nte eel ocur oc C Ni-vel vel El trame iemp óment mpo -oNo N yi/o n gcos curre úte ost nre. rie ri t.oe.no repa . para raci ción ón son so nroce irrelevantes. irrelevantes . tivvo. Nive Ni l 3tie Cnalm afec af ecta ta. Ocas Oc asio iona lmen ente oeso nosde ogpr hore hac ace eucti part pa rte e. de del l pro p ceso so pr prod oduc ucti No afec af ecta ta proc pr oces prod oduc tivo vo.
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Selección De Las Máquinas: Análisis De Criticidad Críticas - Si la falla falla o parada parada ocur ocurre, re, se se para la producción o crea serio riesgo para la seguridad. la fall fallaa o para parada da Equipos esenciales - Si la ocurre, la producción es detenida Equipos no esenciales - Si la fa fallllaa o parada ocurre, puede haber pérdida de producción, sin embargo una unidad de repuesto puede operar simultáneamente, o la reparación no afecta demasiado a la producción.
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Pensando En El Futuro
Rutas de mediciones Planillas de máquinas
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Planos De Medición
Radial – Vertical: reacción del anclaje. – Horizontal: reacción del rodamiento/soporte. Axial: En la trayectoria del eje. Empuje del eje.
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Localización Del Sensor MOTOR
Los puntos siguen la cadena cinemática:
BOMBA Motor lado libre 1 Motor lado acople 2 Cajaa lad Caj ladoo acop acople le 3 - 4 Caja Ca ja Eje in inte term rmed edio io 5 - 6 Caja Eje Salida 7–8 Bomb Bo mbaa Lad Ladoo Aco Acopl plee 9 Bomba Lado Libre 10 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 35 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Acelerómetros • Dispositivos resistentes • Operan en bandas anchas de frecuencias (desde cerca de 0 Hz hasta 40 kHz o más) • Buena respuesta en altas frecuencias • Algunos modelos son aptos para altas temperaturas • Requieren electrónica adicional (puede estar dentro del mismo)
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Sensores De Velocidad • Usualmente para medir la vibración del cuerpo de la máquina o soporte. • Efectivos en el rango de baja a media frecuen fre cuencia cia (10 Hz a apr aprox. ox. 1.500 Hz) • Generan su propia señal.
• Realmente, es un Acelerómetro Piezoeléctrico • Tien Tienee un “int “integra egrador” dor” int interno erno,, para para convertir la señal a Velocidad. • Entrega una señal muy limpia. • Útil en aplicaciones On-Line. • También en balanceo de rotores 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 37 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Construcción Básica De Un Sensor Sísmico 6
3 2
5
4 1
1. CAJA DEL CAPTADOR 2. BOBINA DE ALAMBRE 3. AMORTIGUADOR
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4. MASA 5. RESORTE 6. IMAN
Sensor de Desplazamiento por Corrientes Parásitas
• • • •
Miden distancias relativas entre dos superficies Respuesta con exactitud a bajas frecuencias Sensibilidad limitada en alta frecuencia Requieren de fuente externa de alimentación
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Monitoreo De Parámetros Múltiples: Velocidad Y Aceleración Espectro en Velocidad
Espectro en Aceleración
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Aplicación De Sensores 100 Desplazamiento (mils)
10
Amplitud (mils, in/sec, g’s)
Aceleración (g's)
1.0
velocidad (in/sec...)
0.1
Rango normal de operación
1 0.01 10
100
1,000
Frecuencia (Hz)
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10,000
Disco Para Montaje Magnético De Sensores Vista Superior
Vista Lateral El disco se monta con adhesivo
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Montaje De Los Discos Para Sensores Bien
El perfil cóncavo permite el ingreso de aceite.
Mal
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Métodos De Montaje Es rápido y muy sencillo, pero esta sujeto a varias fuentes de error. Es por esto que se deben tener en cuenta los siguientes siguie ntes facto factores res para para garantiz garantizar ar una una correcta correcta medicion y la obte obtenci ncion on de un dato con confiab fiable: le: • Orientación del sensor • Fuerza ejercida sobre el sensor • Posicionamiento del sensor
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Montaje Con Sensor Manual
Es rápido y muy sencillo, pero estáá suje est sujeto to a var varias ias fuen fuentes tes de error. Usar únicamente como último recurso en condiciones de difícil acceso.
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Montaje Con Base Magnética
Conveniente para proveer un montaje rápido y temporal. Reduce la respuesta en frecuencia en una relación de aprox. 50 % respecto de la atorn.
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Montaje Con Cemento Adhesivo
Cemento Adhesivo Epóxico
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Montaje Atornillado
mal
mal
Correcto
bien
mal
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mal
Rangos De Operación En Acelerómetro Acelerómetross Según Tipo De Mo Montaje
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Disco Para Montaje Magnético De Sensores Vista Superior
Vista Lateral El disco se monta con adhesivo
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Montaje De Los Discos Para Sensores Bien
El perfil cóncavo permite el ingreso de aceite.
Mal
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Métodos De Montaje Es rápido y muy sencillo, pero esta sujeto a varias fuentes de error. Es por esto que se deben tener en cuenta los siguientes siguie ntes facto factores res para para garantiz garantizar ar una una correcta correcta medicion y la obte obtenci ncion on de un dato con confiab fiable: le: • Orientación del sensor • Fuerza ejercida sobre el sensor • Posicionamiento del sensor
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Montaje Con Sensor Manual
Es rápido y muy sencillo, pero estáá suje est sujeto to a var varias ias fuen fuentes tes de error. Usar únicamente como último recurso en condiciones de difícil acceso.
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Montaje Con Base Magnética
Conveniente para proveer un montaje rápido y temporal. Reduce la respuesta en frecuencia en una relación de aprox. 50 % respecto de la atorn.
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Montaje Con Cemento Adhesivo
Cemento Adhesivo Epóxico
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Montaje Atornillado
mal
mal
Correcto
bien
mal
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mal
Fijación Del Cable Protección por Salpicado Sujeción del cable
Superficie de la Máquina Protección
Fijo a la Máquina en Movimiento 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 57 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Fijo
3 Configuración De Las Mediciones Mediciones
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Resolución En Un Espectro De Vibración • Un Colector de Datos ¨muestrea¨ la señal eléctrica proveniente de un sensor de vibración. • La Rata de Muestreo, el Número de Muestras,y la longitud del Registro de Tiempo, determinan ¨Resolución¨y ¨Frecuencia Máxima¨.
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Determinación De Fmax Velocidad Eje
Velocidad, fmax
Aceleración, fmax
(RPM)
Hz
Hz
<1.200 1.200 - 2.400 >2.400
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100 200 500
RPM
6.000 12.000 30.000
CPM
1 Khz 60 Kcpm 2 Khz 120 Kcpm 5 Khz 300 Kcpm
Rango De Frecuencias De Acuerdo Al Tipo De Com ompo pon nen ente te
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Cálculo De La Frecuencia Frecuencia Maxima Ejercicio Motor: Velocidad Motor: 3585 rpm Rodamientos: 6312 y 6314 Reductor: Velocidad Entrada: 3585 rpm Velocidad Intermedia: 1800 rpm Velocidad Salida: 900 rpm Engranajes: Z1 30, Z2 50, Z3 25, Z4 60. Bomba: Velocidad Bomba: 900 rpm Número de Pistones: 9
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Características Del Espectro De Vibración • A la señal en el dominio de la Frecuencia se le denomina
espectro. • El numero de muestras tomadas en el tiempo determina la Resolución, o Ancho de Banda. • La Resolución es la menor diferencia en frecuencia que puede ser detectada entre dos componentes cercanos. • En un analizador de vibraciones el ancho de banda esta determinado por el Numero de Líneas escogido. • Una Línea es el lugar de un dato en el dominio de la frecuencia. • La Resolución es igual a la banda base dividida entre el numero de líneas. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 63 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
4 Configuración De Alarmas Y Manejo De Datos
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Tipos De Alarmas
Límites de valores globales Envolventes de espectros Bandas espectrales Alarmas de fase
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Severidad
ISO 2372 Valor global velocidad
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Norma ISO 10816
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Criterios De Evaluación De Severidad • Existen criterios Generales, que aplican para gran parte de equipos. • Si se cuenta con historia confiable, se pueden ¨crear¨los niveles de Normalidad y de Alarma para cada máquina en particular. • Los programas para PdM cuentan con herramientas estadísticas para estos fines.
) k a e p ( s G -
r el e c A
) k a e p ( . c e s / n i d a d i c o l e V
n ói c a
Frecuencia r.p.m. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 68 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Criterios De Evaluación De Severidad • Las Tendencias son una buena base para establecer periodicidad en las mediciones. • También permiten optimizar los tiempos para intervención de maquinaria. • En un pro progra grama ma de PdM PdM deb deben en establecerse Tendencias para múltiples parámetros: Velocidad, Aceleración, Señal Demodulada, SEE. • Los niveles de Alerta y Peligro deben ajustarse estadísticamente. 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 69 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
REPARAR
ALERTA
NORMAL
Tendencia Del Valor Global d d a a di di r r e e v v e e S S = = l l l a a a b b b o o l o l l G G G r r r o o l o l l a a a V V V
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 70 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Fecha
Tendencia Del Valor Global
Ajuste de Curva
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 71 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Envolvente De Espectro
Disparo de alarma
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 72 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Bandas Espectrales
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 73 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Alarmas De Fase
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 74 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Detección vs. Análisis
Detección Los límites de alarmas son establecidos para cada medición. Cuando el valor medido supera este límite programado, el software de mantenimiento predictivo o el colector de datos avisa al analista del problema. Análisis El análisis de las medidas de excepción proveen información sobre el problema, y sobre la causa raíz de fallas.
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 75 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
5 Análisis Espectral y Análisis de Fase
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 76 [Co [Code] de] SKF [Organisatio [Organisation] n]
Análisis De Espectros FFT Engranaje Rodamientos . e q r e f a a a l t
Desbalanceo t i m T i e e m p o
i a n c e u . . . . .. f r e c . . . c
e F r e a j b a
Espectro FFT
muestra las componentes de las i a c vibraciones en sus urespectivas frecuencias e n c f r e (dominio de frecuencias)
d u t i l p m a
frecuencia 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 77 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Funcion Func iones es Fo Forz rzan ante tess En Un Espectro De Vibración • Mediante algunos cálculos, se establecen puntos espec íficos en un espectro, en los cuáles se centra gran parte del an álisis. • La identificación de componentes dentro de un espectro, inicia al establecer la Frecuencia Fundamental, y a partir de all í, las frecuencias Sincrónicas, No-Sincrónicas, y Sub-Sincrónicas.
•
•
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•
6 5 4 3 2 1 0 0
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 78 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
5
10
15
20
25
30
35
40
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50
55
60
Análisis Espectral
Colectar información de equipos Análisis
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 79 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Técnicas De Análisis Espectral • Obtener los datos históricos de las máquinas. • Identificar la frecuencia de rotación de las máquinas.
Motor: Velocidad Motor: 3585 rpm Rodamientos: 6312 y 6314
Reductor: Velocidad Entrada: 3585 rpm Velocidad Intermedia: 1800 rpm Velocidad Salida: 900 rpm Engranajes: Z1 30, Z2 50, Z3 25, Z4 60. Bomba: Velocidad Bomba: 900 rpm Número de Pistones: 9
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Técnicas De Análisis Espectral
Un análisis eficiente requiere: • Adquirir datos de vibraciones en Velocidad en tres planos, en cada cojinete (H, V, Ax). • Cuando sea posible, adquirir medición de fase relativa. Esto suele tener gran importancia en el diagnóstico. • Evaluar las vibraciones globales de toda la máquina: fuente de vibración vibración (mayor (mayor amplitud) amplitud) Dónde está la fuente medición es más importante importante Qué dirección de medición La frecuencia dominante tiene relación con los elementos rotantes?
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 81 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Técnicas de Análisis Espectral • Una vez identificada la frecuencia de rotación, determinar el rango de frecuencias del espectro, • Verifique frecuencias sospechosas de fallas, • Determine la severidad de la falla.
1X
d u t i l p m a
2X
3X
RPM x No. Elementos Asociados 4X
frecuencia 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 82 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Modelo Espectral (Velocidad) d a d i r e v e S = d u t i l p m A
Baja Frecuencia Media Frecuencia Alta Frecuencia •Desbalanceo •Cavitación •Rodamientos •Desalineación •Turbulencia •Engranajes •Eléctricos •Rodamientos •Lubricación •Transmisión •Desajustes
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Frecuencia = Tipo de Problema
Ejemplos De Espectros 1 baseline baseli nede espectro espec tro (norm (norm)) Espectro referencia, normal
1X 2X
3X
bearing freq..
gearmesh freq.
Firma del equipo: Colectar mediciones cuando se sabe que la máquina máquina está en buenas buenas condiciones. condiciones.
2 Mayor que lo normal high hi gher er than th an norm no rmal al en vibración signal 1 x1X r.p.m.
3 Mayor que lo normal high hi gher er th than an norm no rmal al en 1X 1 xand r.p.m. yng an d be beari aring frecuencia cojinete vibraciónde signals
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1 X velocidad de rotación es mayor que lo normal. Indica que la señal ocurre una vez por cada revolución. Típicamente causada por desalineación o desbalanceo.
Un pico mayor que lo normal, en 1X r.p.m., y frecuencia de falla de cojinete, indica que la frecuencia rotacional ya ha causado daño en éste.-
Armónicas
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 85 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Bandas Laterales (Sidebands) (Sidebands) Se ubican simétricamente, a lado y lado de una frecuencia determinada, y son factor clave en la determinación de la severidad y naturaleza de una falla
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Diagrama En Cascada
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 87 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Monitoreo De Parámetros Múltiples: Velocidad Y Aceleración Espectro en Velocidad Eventos en bajas frecuencias, (desbalanceo, desalineación, etc) se aprecian mejor en el espectro en velocidad. En tanto para las fallas de altas frecuencias genera das por rodamientos o engranajes, es mejor el espectro en aceleración.
Espectro en Aceleración 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 88 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Análisis De Fase: Concepto Es la posición de una pieza que vibra en un instante dado respecto a un punto fijo o a otra pieza que vibra.
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Análisis De Fase Periodo
Ángulo de fase Límite superior
Desplazamiento amplitud pico
1 seg....
tiempo
Señal de referencia
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 90 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Análisis De Fase
Referencia angular Sensor de fase
Punto pesado
270º
Acelerómetro 0º
180 º
a z r e u f
tiempo
90 º
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 91 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
360 º
Interpretación De La Fase 1
4
2
5
3 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 92 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
En el transcurso de 360° de revolución del eje, el sensor mide la fuerza máxima positiva posi tiva cuan cuando do el punto pes pesado ado está a 90 ° de su posición inicial (esta posición inicial fue determinada por el tacómetro). El ángulo de fase es = 90 °.
Análisis De Fase Relación de fase entre planos vertical y horizontal de un cojinete
El equipo colector colector normalment normalmentee capturará capturará el paso del punto pesado, pesado, con una diferencia angular equivalente al ángulo en que están dispuestos los sensores de vibración. Relación de fase entre ambos planos radiales: “90 grados” 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 93 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Análisis De Fase Relación de fase en el plano axial de dos cojinetes
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 94 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Medición De Fase (Dirección Del sensor) Figura 1
En la misma dirección la medición de fase es real
En dirección opuesta, las fases medidas se oponen opo nen 180 180ºº a la rea real.º l.º .
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 95 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Figura 2
Tabla De Análisis De Fase Plano primario Masa
Radial
Masa Masa vola voladi dizo zo Axial Axial y radial Eje torcido Axial y radial
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 96 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Angular
Axial
Paralela
Radial
Combin binación
Axial y radial
Est ructural
Radial
Pata floja
Radial
Roce
Axial y radial
Frecuencia Relación de fase Dominante DESBALANCEO 1X 90° cuando el sensor se mueve de la posición hor a la vert.. 1X Lectura axial en fase 1X
180° de cambio en el sentido axial, radial en fase DESALINEACION 1X, 2X 180° de diferencia en el sentido axial y entre ambos equipos 1X, 2X 180° de diferencia en el sentido radial, en ambos lados del acople. De vertical a horizontal, en el mismo cojinete mostrará 0° o 180° 1X, 2X Diferencia de 180° radial y axial a ambos lados del acoplamiento FLOJEDADES MECANICA M ECANICAS S 1X Cambio de fase de 180° entre la pata de la.máquina, fundación, base 1X,2X La fase cambia cuando se aprietan los bulones 1X , 2X ….10 ….10X X La fase fase es ines inesta tabl blee ent entre re una una lectura y otra
6 Análisis De Problemas Típicos De . Máquinas
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 97 [Co [Code] de] SKF [Organisatio [Organisation] n]
Desbalanceo
Estático
En cupla
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 98 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Desbalanceo - Diagnóstico
Desbal Des balanc anceo eo est estáti ático co vibración en toda la máquina “en fase”
Desbal Des balanc anceo eo en cup cupla la vibración en toda la máquina “desfasada 180 grados 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 99 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Desbalanceo - Causa Y Efecto
1x Alta 1 x
Armónicas de 1 x bajas 2x
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 100 0 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
3x
Desalineación Desalineación Angular
Desalineación Paralela
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 101 1 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Desa De sali line neac ació ión n - Ca Caus usa a Y Ef Efec ectos tos Desalineación an angular
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 102 2 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Desalineación pa paralela
Desa De sali line neac ació ión n - Di Diag agnó nóst stic ico o
Alta 1X y-o 2X, 3X
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 103 3 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Desa De sallin inea eaci ció ón - Re Resú súm men Desalineación Angular
Mediciones axiales en los cojinetes, a ambos lados del acoplamiento, desfasadas 180 grados Desalineación Paralela
Mediciones radiales en los cojinetes, en ambos lados del acoplamiento, desfasadas 180 grados.
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 104 4 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Cojinetes Desalineados
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 105 5 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Soltura Mecánica
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 106 6 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Soltura Mecánic ica a - Diagn gnó ósti ticco
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 107 7 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
La Fase En La Soltura Estructural
Comportamiento Normal:
Mediciones verticales entre soporte, base metálica, y base de concreto, desfasadas menos de 30 grados. Comportamiento Anormal: Mediciones verticales entre soporte, base metálica, y base de concreto, desfasadas entre 0 y 180 grados.
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 108 8 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Eje Torcido
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 10 109 9 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Ejee Tor Ej Torci cido do - Di Diag agnó nóst stic ico o 1 - Las mediciones mediciones axiales axiales en los extremos extremos de de la máquina, máquina, tienen típicamente 180 de desfasaje, 2 - Las mediciones mediciones radiales radiales están están típicament típicamentee en fase.
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 110 0 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Resonancia Margen de Separación d u ilt p m A
Primer crítica
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 111 1 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Velocidad de operación
Segunda crítica
7 Monitoreo De Rodamientos -Métodos de Procesamiento-
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 112 2 [Co [Code] de] SKF [Organisatio [Organisation] n]
¿Por ¿P orqu quéé Fa Fallllan an Los Los Roda Rodami mien ento tos? s? Lubricación inadecuada - ex excces esiv ivaa - in insu sufi fici cien ente te - co cont ntam amin inad adaa
Excesiva carga causada por: - de desa salilinea neaci ción ón - de desb sbal alan ance ceo o - eje torci torcido do excent excentric ricida idad d - etc.
Impronta en pista exterior 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 113 3 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Incorrecto manipuleo o montaje Tiempo
Curva Típica De Falla De Rodamientos Vibración Período de alarma
Falla del rodamiento
Detección por emisión acústica Detección por ruido
Inicio de la falla Detección por vibraciones
Tiempo
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 114 4 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Etapas De La Avería E ta p a 1
E ta p a 2 Aparecen armónicas de frecuencias de defectos
No hay cambio aparente en el espectro de velocidad Rango de Frec. Fundamentales
Rango de Armónicas
Etapa 3 Aparecen frecuencias fundamentales de defectos, y pueden tener bandas laterales
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 115 5 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Etapa 4 Las armónicas de defectos desarrollan múltiples bandas laterales. La frecuencia f recuencia fundamental crece, también con b.l.
Frecuencias De Fallas De Rodamientos BPFO Frecuencia de falla en pista exterior BPFI Frecuencia de falla en pista interior BSF Frecuencia de rotación de los elementos rodantes FTF Frecuencia de rotación de la jaula
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 116 6 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Espectro De Frecuencias De Fallas
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 117 7 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Procesamiento De Señales
Envolvente
SEE
(spe (s pect ctra rall em emititte tedd en ener ergy gy))
HFD HF D (h (hig ighh fr freq eque uenc ncyy de dete tect ctio ion) n)
Valor global de vibraciones ( incluida la señal de falla del rodamiento)
señal de falla del rodamiento
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 118 8 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Envolvente 1 - Espec Espectro tro típico típico en velocidad
2 - Proceso de de envolvente envolvente en en aceleración El filtro pasaband pasabandaa es especificado especificado teniendo en cuenta la frecuencia armónica de falla que sea de interés.
3 - Proceso de envol envolvente vente de aceleración Los eventos en bajas frecuencias son filtrados (eliminados). Se hace un zoom en las armónicas de alta frecuencia, dado que son bajas señales, dentro del ruido. Estas luego son demoduladas demoduladas y expresadas expresadas en la frecuencia del defecto fundamental.
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 11 119 9 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
4 - Espectro de de envolvente envolvente de aceleración Frecuencia del defecto fundamental
Señal resultante de envolvente medida en gE Armónicas de la fundamental
Filtro De Envolvente Filtro Pasabanda
acelerómetro
Detector de envolvente
Espectro FFT
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 120 0 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Tablas De Severidad Envelope
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 121 1 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
SEE Technology: Energía Espectral Emitida
Detección de: • Problemas de lubricación • Defectos incipientes en rodamientos y engranajes
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 122 2 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
SEE Análisis
Numérico
0 – 3 No identifica problemas 3 – 20 Problema de lubricación, contaminación, defecto de rodamiento con poca carga, o pequeña avería con carga normal. Defecto de rodamiento o 20 - 100 contaminación del lubricante > 100 Problema severo de rodamiento “Se recomienda que use esta carta solamente como guía. Su experiencia en la tendencia t endencia de las mediciones medic iones determina determinará rá el camino camino válido”. válido”.
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 123 3 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Zona de carga de rodamiento
SEE Análisis
De Espectros
La medición SEE monitorea la frecuencia ultrasónica en que ocurre esta emisión (150 - 500 kHz) y filtra todos los even eventos tos rotac rotacional ionales. es. Las señales acústicas provenientes de defectos de rodamientos incipientes son resaltados y mostrados como picos a la frecuencia de defecto. defecto.
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 124 4 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
HFD - High Frequency Detection Monitoreo en el rango de alta frecuencia (defectos de rodamientos) Usa sensor en resonancia para amplificar la señal de baja energía Indica con un valor numérico el estado bueno-malo
frecuencia
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 125 5 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
8 Tablas de Diagnóstico de . Vibraciones
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 126 6 [Co [Code] de] SKF [Organisatio [Organisation] n]
ISO 10816: Tabla De Diagnóstico De Vibraciones (Eje Horizontal)
Desbalanceo
Excesiva Excesiva Excesiva Excesiva vibración vibración vibración vibración horizontal vertical axial estructural indica: indica: indica: indica: SI NO NO NO HORIZ. > AXIAL
Desalineación Flojedades Fallas eléctricas
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 127 7 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
.
NO
SI
SI
NO
AXIAL > HORIZ.
SI
SI
NO
SI
VERT. = HORIZ.
.
.
.
Cortar la alimentación eléc. Si la vibración cesa el origen es eléctrico
ISO 10816: Tabla De Diagnóstico De Vibraciones (Cantilever)
Desbalanceo Desalineación Flojedades Fallas eléctricas
Excesiva Excesiva Excesiva Excesiva vibración vibración vibración vibración horizontal vertical axial estructural indica: indica: Indica: indica: SI NO SI NO HOR. Y AXIAL > VERTICAL SI NO SI NO HORIZ. Y AXIAL > VERTICAL SI SI NO SI VERT. = HORIZ. .
.
.
.
Cortar la alimentación eléc. Si la vibración cesa el origen es eléctrico
Usar fase para para diferenciar diferenciar desbalan desbalanceo ceo de desalineaci desalineación ón 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 128 8 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
ISO 10816: Tabla De Diagnóstico De Vibraciones (Eje Vertical)
Desbalanceo
Excesiva vibración radial 1 Indica: SI
Desalineación
SI
NO
SI
NO
Flojedades
SI
NO
NO
SI
Fallas eléctricas
.
Excesiva Excesiva Excesiva vibración vibración vibración radial 2 axial estructural indica: Indica: indica: NO NO NO RADIAL > AXIAL
.
.
.
RADIAL > AXIAL
Cortar la alimentación eléc. Si la vibración cesa el origen es eléctrico
RADIAL 1 Y RADIAL 2 DIFIEREN EN 90 GRADOS 2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 12 129 9 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Plano primario Masa
Radial
Masa Masa vol volad adiz izo o Axial Axial y radial Eje torcido Axial y radial
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 13 130 0 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Angular
Axial
Paralela
Radial
Combinación
Axial y radial
Estructural
Radial
Pata floja
Radial
Roce
Axial y radial
Frecuencia Relación de fase Dominante DESBALANCEO 1X 90° cuando el sensor se mueve de la posición hor a la vert.. 1X Lectura axial en fase 1X
180° de cambio en el sentido axial, radial en fase DESALINEACION 1X, 2X 180° de diferencia en el sentido axial y entre ambos equipos 1X, 2X 180° de diferencia en el sentido radial, en ambos lados del acople. acop le. De vertical a horizontal, en el mismo cojinete mostrará 0° o 180° 1X, 2X Diferencia de 180° radial y axial a ambos lados del acoplamiento FLOJEDADES MECANICAS 1X Cambio de fase de 180° entre la pata de la.máquina, fundación, base 1X,2X La fase cambia cuando se aprietan los bulones 1X , 2X ….10 ….10X X La fase fase es ines inesta tabl blee entr entree una una lectura y otra
Práctica 1
Medición de la amplitud global producida por el desbalanceo
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 13 131 1 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Práctica 2
Toma de espectros FFT Utilización del colector analizador
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 13 132 2 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Fase - Rev evis isiión 1
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 13 133 3 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Fase - Rev evis isiión 2
2010-1 2010 -11-2 1-23 3 ©S ©SKF KF Sli Slide de 13 134 4 [Co [Code] de] SKF [Organisation]
Fase - Rev evis isiión 3
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Revisión .
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