Analisis de Vibraciones PDF

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA I N S T I T U T O U N I V E R S I T A R I O E X P E R I M E N T A L D E TECNOLOGÍA LA VICTORIA DEPARTAMENTO DE POSTGRADO ASIGNATURA; TECNICAS DE ANALISIS EN PROBLEMAS DE MTTO

ANALISIS DE VIBRACIONES

INTEGRANTES; CONTRERAS; MANUEL CI. 18.230.437 QUERO; SILVIA CI. 17.954.916 QUINTERO; ELKYS CI. 18.447.351

LA VICTORIA, OCTUBRE 2010


Página 1



Print document In order to print this document from Scribd, you'll first need to download it.

ANALISIS DE VIBRACIONES Cancel Download And Print Las vibraciones son consideradas como el movimiento periódico o no, de un cuerpo; bien sea un objeto u maquina. Al conceptualizar el término vibración lo podríamos hacer como la oscilación o el movimiento repetitivo de un objeto alrededor de una posición de equilibrio, siendo este perceptible y medible en la superficie de la máquina, elementos y/o cimientos. Una onda es el efecto de una oscilación, este es el resultado de un movimiento. El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo y a un punto de referencia, variando la distancia de dicho cuerpo con respecto a ese punto o sistema de referencia, describiendo una trayectoria. Un cuerpo en movimiento puede presentar velocidad, aceleración y frecuencia. Entonces tenemos que una onda que puede medirse en el dominio de la frecuencia o del tiempo, donde al intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo completo de movimiento se le llama periodo de la vibración. El número de ciclos por unidad de tiempo define la frecuencia del movimiento y el desplazamiento máximo del sistema desde su posición de equilibrio se llama amplitud de la vibración Las vibraciones pueden ser; de cuerpo entero, cuando un elemento se encuentra oscilando repetitivamente alrededor de una posición de equilibrio. En el momento que la suma de fuerzas que actúan sobre ese objeto se iguale a 0, el objeto se mantendrá en la posición de equilibrio. Mientras que una vibración mecánica son aquellas que pueden ocurrir cuando las masas se mueven. Estas masas pueden ser partes rotativas u oscilantes. En una máquina rotativa la vibración puede ser generada por fuerzas dinámicas que aparecen como producto de su funcionamiento. Las vibraciones generadas en las máquinas son principalmente rotativas y reciprocantes. Esas vibraciones y esfuerzos son transmitidos por los rodamientos y/o cojinetes antifricción, a la carcasa, y de allí a sus bases y cimentación.

Imagen #1; Sistema Masa-

Resorte-Amortiguador Equivalente


Página 2




ANALISIS DE VIBRACIONES Cancel Download And Print Las vibraciones son consideradas como el movimiento periódico o no, de un cuerpo; bien sea un objeto u maquina. Al conceptualizar el término vibración lo podríamos hacer como la oscilación o el movimiento repetitivo de un objeto alrededor de una posición de equilibrio, siendo este perceptible y medible en la superficie de la máquina, elementos y/o cimientos. Una onda es el efecto de una oscilación, este es el resultado de un movimiento. El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo y a un punto de referencia, variando la distancia de dicho cuerpo con respecto a ese punto o sistema de referencia, describiendo una trayectoria. Un cuerpo en movimiento puede presentar velocidad, aceleración y frecuencia. Entonces tenemos que una onda que puede medirse en el dominio de la frecuencia o del tiempo, donde al intervalo de tiempo necesario para que el sistema efectúe un ciclo completo de movimiento se le llama periodo de la vibración. El número de ciclos por unidad de tiempo define la frecuencia del movimiento y el desplazamiento máximo del sistema desde su posición de equilibrio se llama amplitud de la vibración Las vibraciones pueden ser; de cuerpo entero, cuando un elemento se encuentra oscilando repetitivamente alrededor de una posición de equilibrio. En el momento que la suma de fuerzas que actúan sobre ese objeto se iguale a 0, el objeto se mantendrá en la posición de equilibrio. Mientras que una vibración mecánica son aquellas que pueden ocurrir cuando las masas se mueven. Estas masas pueden ser partes rotativas u oscilantes. En una máquina rotativa la vibración puede ser generada por fuerzas dinámicas que aparecen como producto de su funcionamiento. Las vibraciones generadas en las máquinas son principalmente rotativas y reciprocantes. Esas vibraciones y esfuerzos son transmitidos por los rodamientos y/o cojinetes antifricción, a la carcasa, y de allí a sus bases y cimentación.

Imagen #1; Sistema Masa-

Resorte-Amortiguador Equivalente


Página 2

Print document



In order to print this document from Scribd, you'll first need to download it.

La vibración es la Cancel causa de generación deAnd todoPrint tipo de ondas. Toda fuerza que Download se aplique sobre un objeto genera perturbación. En las maquinas la vibración no es la causa de el problema, es un síntoma, ya que proporciona un aviso previo a un fallo, el cual puede generar un paro repentino, lo que conlleva a una perdida a nivel de producción, por tal motivo las vibraciones son una de las técnicas de mantenimiento predictivo mas empleadas. La mayor parte de vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables porque aumentan los esfuerzos y las tensiones y por las pérdidas de energía que las acompañan. Además, son fuente de desgaste de materiales, de daños por fatiga y de movimientos y ruidos molestos. Generalmente, la causa de la vibración reside en problemas mecánicos como son: desequilibrio de elementos rotativos; desalineación en acoplamientos; engranajes desgastados o dañados; rodamientos deteriorados; fuerzas aerodinámicas o hidráulicas, y problemas eléctricos. Estas causas como se puede suponer son fuerzas que cambian de dirección o intensidad, estas fuerzas son debidas al movimiento rotativo de las piezas de la máquina, aunque cada uno de los problemas se puede detectar estudiando las características de vibración. “Todo sistema mecánico tiene características elásticas, de amortiguamiento y de

oposición al movimiento; unas de mayor o menor grado a otras; pero es debido a que los sistemas tienen esas características lo que hace que el sistema vibre cuando es sometido a una perturbación”. “Toda perturbación se puede controlar, siempre y cuando a nexemos

bloques de control cuya función de transferencia sea igual o invertida a la función de transferencia del sistema”. “Si la perturbación tiene una frecuencia igual a la frecuencia natural del sistema, la

amplitud de la respuesta puede exceder la capacidad física del mismo, ocasionando su destrucción”.

A continuación se presentan algunos de los fallos que pueden ser detectados mediante las vibraciones.


Página 3

Print document




DAÑOS OCASIONADOS POR LAS VIBRACIONES; Cancel Download And Print La mayor parte de vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables porque aumentan los esfuerzos y las tensiones y por las pérdidas de energía que las acompañan. Además, son fuente de desgaste de materiales, de daños por fatiga, de movimientos y de ruidos molestos. Sin embargo no toda vibración es mala, debido a que todo cuerpo presenta un rango de vibración (severidad), un ejemplo son las edificaciones estas se encuentran es constante movimiento con el objetivo de mantener un balance pero al ser sometidas a un grado de vibración excesiva (vibración forzada) cuando la frecuencia de excitación coincide con la natural crean resonancia por tal motivo el cálculo de las frecuencias naturales de vibración es de gran importancia en el diseño sísmico de estructuras., los motores, bombas mecánicas son los ejemplos claves, dichos equipos presentan una vibración constante debido a sus componentes internos. Entre los daños ocasionados por las vibraciones podemos encontrar; Rompimiento de láminas, fatiga de soldaduras y uniones, daños en las bases soporte de los equipos. Daños en las correas, rodamientos, bujes y chumaceras. Transmisión de vibraciones a otros equipos. Afectación a los sistemas eléctricos y electrónicos. Rozamiento de rotores en cuerpos de alojamiento Recalentamiento, ruidos. Daños en el enclavamiento de la maquinaria o equipo en el piso. Funcionamiento indebido de la máquina en la producción .

CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS Son muchos los factores que pueden ocasionar una vibración, pero básicamente las vibraciones se encuentran estrechamente relacionadas con las tolerancias de mecanización, desajustes, movimientos relativos entre superficies en contacto, desbalances de piezas en rotación u oscilación, entre otros. Los fenómenos anteriormente mencionados producen casi siempre un desplazamiento del sistema desde su posición de equilibrio estable originando una vibración mecánica.

DESEQUILIBRIOS: Es el fallo más habitual, y podría decirse que en torno al 40% de los fallos por vibraciones que se detectan en máquinas rotativas se deben a esta causa. Las tablas de ANALISIS DE VIBRACIONES

Página 4

Print document




severidad que se manejan Cancel habitualmente, y que expresan Download And Printel grado de gravedad de una vibración, se refieren exclusivamente a vibración por desequilibrio. Todo desequilibrio viene dado por la distribución incorrecta de pesos (falta de algún elemento, residuos incrustados en los elementos móviles, deformaciones, roturas, etc.), con respecto al eje de rotación. En la grafica adjunta de análisis espectral se observa una elevación de la velocidad de vibración a la frecuencia equivalente a la velocidad de rotación.

Grafica #1; Espectro típico de una máquina rotativa

desequilibrada, con un solo pico de vibración a 1xrpm.

El pico de vibración presente, corresponde a la velocidad de rotación (la máquina gira a 1.500 RPM, la misma frecuencia a la que presenta el pico). El desequilibrio que se aprecia es admisible, teniendo en cuenta la tabla de severidad, pero será necesario observar su evolución. El desequilibrio es un problema resoluble, modificando o reparando los elementos que lo causan, esto se puede lograr añadiendo pesos en los puntos adecuados de manera de lograr una distribución adecuada.

EJE CURVADO: Es una forma de desequilibrio, pero que en este caso no tiene solución por equilibrado. En este caso, se detecta la primera armónica (1xRPM) y se ve claramente la segunda.


Página 5

Print document




DESALINEAMIENTO: Cancel

Download And Print

Es una fuente de vibración fácilmente corregible, y causa más del 30% de los problemas de vibración que se detectan en la industria. Es importante alinear los equipos al instalarlos, comprobar la alineación cada cierto tiempo, de ser posible anualmente, y realizarla siempre que se intervenga el equipo. En el desalineamiento la tolerancia es un factor importante, aunque no es necesario que este sea perfecto. Sin embargo toda máquina suele aportar la tolerancia en el alineamiento. También se debe tener en cuenta que el hecho de disponer de acoplamientos flexibles estos no eliminara la necesidad de alinear los equipos, la mayoría de los fabricantes recomienda alinear los acoplamientos con el mismo cuidado y exactitud que si fueran acoplamientos rígidos. Referencias para estudiar el espectro de vibración: a) Si las tres primeras armónicas son significativas en las mediciones efectuadas en la dirección radial horizontal, es muy posible que el desalineamiento sea del tipo paralelo y esté presente en el plano vertical. b) Si las tres primeras armónicas son significativas en las mediciones efectuadas en la dirección radial vertical, es muy posible que el desalineamiento sea del tipo paralelo y esté presente en el plano horizontal. c) Si las tres primeras armónicas son significativas en las mediciones efectuadas en la dirección axial, entonces es muy posible que el desalineamiento sea del tipo angular. d) Si las tres primeras armónicas son significativas en las tres direcciones (radial horizontal, radial vertical y axial) podemos afirmar que el alineamiento que presenta el equipo es un verdadero desastre.

PROBLEMAS ELECTROMAGNÉTICOS: Los motores y alternadores, además de todos los problemas asociados al resto de equipos rotativos, son susceptibles de sufrir toda una serie de problemas de origen electromagnético, tales como: desplazamiento del centro magnético estator respecto del centro del rotor; barras del rotor agrietadas o rotas; cortocircuito o fallos de aislamiento en el enrollado del estator; o deformaciones térmicas. Suelen apreciarse picos a la frecuencia de red (50 o 60 Hz), a la velocidad de rotación (1xRPM) y armónicos proporcionales al número de polos. También es fácil apreciar en los espectros la presencia de bandas laterales que acompañan a la vibración principal.


Página 6

Print document




En general, tienen pocaCancel amplitud, Download por lo que Andsuelen Print pasar desapercibidos. Es necesaria gran experiencia para identificarlos y no confundirlos con otros problemas, como desalineamiento, desequilibrio, etc.

PROBLEMAS DE SUJECIÓN A BANCADA: Es otro de los problemas habituales en máquinas rotativas. Puede manifestarse como mala sujeción general a la bancada, o como es más habitual, con uno de sus apoyos mal fijado. En este caso, se denomina „pedestal cojo‟, y es un problema más frecuente

de lo que pudiera parecer. Se identifica en general por presentar altos niveles de vibración en la primera y segunda armónica de la frecuencia de rotación (1XRPM y 2XRPM). Es curioso que, cuando se presenta el problema, aflojando uno de los apoyos la vibración DISMINUYE, en vez de aumentar. Ese suele ser uno de los principales indicativos de la presencia de este problema.

HOLGURAS EXCESIVAS: En ocasiones las tolerancias de holgura en la unión de elementos mecánicos de la máquina ha sido excedida, o sencillamente, se han aflojado debido a la dinámica de operación de la máquina. Presenta las mismas frecuencias de vibración que el desalineamiento o el desequilibrio, pero cuando se intenta alinear o equilibrar la máquina se observa que los niveles de vibración no disminuyen.

DE ELEMENTOS RODANTES DEFECTUOSOS Defectos en las pistas, en las bolas o en los rodillos de rodamientos de elementos rodantes ocasionan vibración de alta frecuencia; esta no es necesariamente un múltiplo integral de la velocidad de rotación del eje. La amplitud de la vibración dependerá de la gravedad de la falla del rodamiento. La vibración generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros puntos de la máquina. Por tanto, el rodamiento defectuoso es generalmente el que se encuentra más cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibración de este tipo. Los rodamientos no fallan prematuramente a menos que alguna otra fuerza actúe sobre ellos; y tales fuerzas son generalmente las mismas que ocasionan vibración. Causas comunes de fallas en los rodamientos de elementos rodantes: a) Carga excesiva b) Falta de alineamiento c) Defectos de asientos del eje y/o de las perforaciones en el alojamiento d) Montaje defectuoso e) Ajuste incorrecto


Página 7

Print document




f) g) h) i)

Lubricación inadecuada o incorrecta Cancel Download And Print Sellado deficiente Falsa brinelación (Deformación bajo carga) Corriente eléctrica

VIBRACIÓN DEBIDA A RODAMIENTOS DE CHUMACERA DEFECTUOSOS: Son generalmente el resultado de una holgura excesiva (causada por desgaste debido a una acción de barrido o por erosión química), aflojamientos mecánicos (metal blanco suelto en el alojamiento), o problemas de lubricación. Un rodamiento de chumacera con holgura excesiva hace que un defecto de relativamente menor importancia, tal como un leve desbalance o una pequeña falta de alineamiento, u otra fuente de fuerzas vibratorias, se transformen como resultado de aflojamientos mecánicos o en golpes repetidos (machacado). En tal caso el rodamiento en si no es lo que crea la vibración; pero la amplitud de la misma seria mucho menor si la holgura de los rodamientos fuera correcta. Este tipo de vibraciones se puede detectar por "barrido" efectuando una comparación de las amplitudes de vibración horizontal y vertical. Las maquinas que están montadas firmemente sobre una estructura o cimentaciones rígidas revelaran, en condiciones normales, una amplitud de vibración ligeramente más alta en sentido horizontal.

TORBELLINOS DE ACEITE: Este tipo de vibración ocurre solamente en maquinas equipadas con rodamientos de chumacera lubricados a presión, y que funcionan a velocidades relativamente altas normalmente por encima de la segunda velocidad critica del motor. La vibración debida a torbellinos de aceite a menudo es muy pronunciada, pero se reconoce fácilmente por su frecuencia fuera de lo común. Dicha frecuencia es apenas menor de la mitad de la velocidad de rotación (en rpm) del eje generalmente en el orden del 46 al 48% de las rpm del eje. El problema de los torbellinos de aceite normalmente se atribuye a diseño incorrecto del rodamiento, desgaste excesivo del rodamiento, un aumento de la presión del lubricante o un cambio de la viscosidad del aceite. Es muy frecuente que el fallo en la lubricación tenga dos orígenes: Alto contenido de agua en el aceite. Es sencillo comprobarlo, pues cuando este problema ocurre el contenido en agua suele ser especialmente alto, por encima de 10%.


Página 8

Print document




RESONANCIA: Cancel

Download And Print

La resonancia está relacionada con la velocidad crítica y la frecuencia natural de la máquina. A esa frecuencia, que es diferente para cada equipo, las vibraciones se ven amplificadas de 10 a 30 veces. En general, los fabricantes de máquinas rotativas garantizan que la velocidad crítica de sus rotores sea suficientemente diferente de la velocidad de operación de éstos, por lo que es difícil encontrar un problema de velocidad crítica en una máquina correctamente diseñada.

VIBRACIÓN OCASIONADA POR OTROS ELEMENTOS DE LA MAQUINA MISMA. TORBELLINOS DE HISTÉRESIS: Este tipo de vibración es similar a la vibración ocasionada por el torbellino de aceite, pero ocurre a frecuencias diferentes, cuando el rotor gira entre la primera y la segunda velocidad crítica. Un rotor que funcione por encima de la velocidad crítica tiende a flexionarse, o asquearse, en sentido opuesto del punto pesado de desbalance. La amortiguación interna debida a histéresis, o sea la amortiguación de fricción, normalmente limita la deflexión a niveles aceptables. Sin embargo, cuando acontece un torbellino por histéresis, las fuerzas amortiguadoras se encuentran en realidad en fase con la deflexión, y por lo tanto, acrecientan la deflexión del motor. Cuando dicho rotor está funcionando por encima de la primera velocidad critica pero por debajo de la segunda, el torbellino por histéresis ocurre a una frecuencia exactamente igual a la primera velocidad crítica del rotor.

VIBRACIÓN DEBIDA A PROBLEMAS DE ENGRANAJE: La vibración que resulta de problemas de engranaje es de fácil identificación porque normalmente ocurre a una frecuencia igual a la frecuencia de engrane de los engranajes, es decir, la cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las rpm del engranaje que falla. Los problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado vibración a la frecuencia de engrane, comprenden el desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallas de lubricación y materias extrañas atrapadas entre los dientes.


Página 9




INFLUENCIA DE LAS Cancel VIBRACIONES MECÁNICAS Download And Print EN LA OPERATIVIDAD DE LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS. Las vibraciones mecánicas representan un factor de gran influencia en la calidad del trabajo que se realiza con máquinas herramientas. La rigidez de los órganos de trabajo y de sus apoyos en la máquina herramienta, se define como la capacidad del sistema para resistir cargas exteriores, asimilando las deformaciones elásticas admisibles sin alterar considerablemente la capacidad de trabajo del sistema. El coeficiente de rigidez se puede determinar mediante la siguiente ecuación; J

P y

Fuerza Deformación

Las deformaciones provocadas en el sistema provocan variación de la mutua disposición del instrumento cortante y la pieza, lo cual genera error en su mecanizado. Cuando un sistema tiene buenas condiciones de rigidez, se minimizan las causas y los efectos de las vibraciones.

ELEMENTOS DE SISTEMAS VIBRATORIOS Para que un sistema pueda vibrar debe poseer elementos que puedan adquirir energía cinética y elementos capaces de almacenar energía cinética. El análisis cinético es el procedimiento que le sigue al modelaje matemático, es por eso que el estudio de sistemas dinámicos se vuelve esencial para el estudio de las vibraciones mecánicas. Los elementos básicos de un sistema vibratorio son: la masa, elementos elásticos y elementos absorbedores de energía. El movimiento que mejor define a la vibración es el movimiento armónico ya que es la forma de vibración periódica más simple y puede verse representada gráficamente de la siguiente manera.

Imagen #2;


Movimiento Armónico Simple Página 10




En maquinas rotatorias la vibración más compleja. Cancel Download Andes Print

Para un movimiento armónico simple se tiene: A pico-pico = 2 x A0-pico A 0-pico = 1.414 x RMS RMS = 0.707 x A0-pico

Parámetros Descriptores de un Movimiento Armónico Simple

Imagen #3;

El parámetro descriptor de amplitud de vibración más usado para máquinasmas es;

RMS El valor RMS representa un estimado del contenido energético en la vibración de una máquina o estructura. Este valor es ampliamente utilizado para cuantificar la severidad de la vibración en máquinas El valor RMS debe ser medido con un instrumento capaz de detectar el valor real RMS (true rms detector)


Página 11

Print document




CLASES DE VIBRACIONES Cancel

Download And Print

Las vibraciones mecánicas pueden clasificarse desde diferentes puntos de vistas dependiendo de: a) la excitación, b) la disipación de energía, c) la linealidad de los elementos y las características de la señal. Cualquier sistema elástico puede tener una vibración libre a consecuencia de un impulso inicial, donde el movimiento es mantenido únicamente por las fuerzas de restitución inherentes al mismo. El sistema bajo vibración libre vibrará en una o más de sus frecuencias naturales, dependientes de la distribución de su masa y rigidez. Cuando al sistema se le aplica fuerzas perturbadoras externas, el movimiento resultante es una vibración forzada. Cuando la excitación es oscilatoria, ya sea periódica o no, el sistema es obligado a vibrar a la frecuencia de excitación, si ésta coincide con una de las frecuencias naturales del sistema se produce resonancia, en este estado tienen lugar las oscilaciones grandes.

a) DEPENDIENDO DE LA EXCITACIÓN Vibración libre Es cuando un sistema vibra debido a una excitación instantánea. La vibración se hará a la frecuencia natural del sistema, y se extinguirá gradualmente, debido a la amortiguación del sistema. Ejemplo la vibración resultante en una estructura tras golpearla con un martillo.

Vibración forzada Es cuando un sistema vibra debida a una excitación constante. Ejemplo, la vibración del cigüeñal de un motor durante su funcionamiento. Durante el funcionamiento del motor, el cigüeñal está sometido a unos esfuerzos que le transmite la biela y que generan vibraciones sobre él.


Página 12




Download And Print

Cancel

Imagen #4;

Vibración libre/ Forzada

Vibración libre no amortiguada: Una estructura está en vibración libre cuando es perturbada de su posición estática de equilibrio y comienza a vibrar sin la excitación de fuerza externa alguna p t 0 .

Imagen #5;

Sistema de vibración libre sin amortiguamiento

La ecuación que representa el movimiento de un sistema lineal SDF sin amortiguamiento y que no está sometido a la acción de una fuerza externa es: m.ü ü

Donde

n

k .u n .u

0

2

0

es la frecuencia natural en vibración libre del sistema y es igual a: k

n

m

Desarrollando la ecuación diferencial, la solución que se consigue es la siguiente: u t


A. cos

n

t B.sen

n

t

Página 13




B se hallanDownload Donde las constantes A yCancel a partir deAnd las Print condiciones iniciales: u(0) y el desplazamiento y la velocidad iniciales respectivamente.

Entre tanto que la ecuación para el tiempo requerido de vibración f n son las siguientes: T n

2

; n

Las propiedades de vibración natural,

f n

T n

,

y la frecuencia cíclica natural

1

T n

T n y f n, dependen de la masa y rigidez de la estructura, y el término “natural” es utilizado para enfatizar el hecho de que éstas son propiedades naturales del sistema cuando éste esta en estado de vibración libre. n ,

b) DEPENDIENDO DE LA DISIPACIÓN DE LA ENERGÍA Amortiguada El amortiguamiento es un sinónimo de la perdida de energía de sistemas vibratorios y se manifiesta con la disminución del desplazamiento de vibración. Este hecho puede aparecer como parte del comportamiento interno de un material por ejemplo la fricción, o bien, o como un elemento físico llamado precisamente amortiguador. Un ejemplo de este tipo de vibrac ión lo observamos en “los amortiguadores de los carros los cuales se diseñan para absorber vibraciones de la suspensión respecto al bastidor.

Imagen #6;


Respuesta Homogénea para sistemas amortiguados

Página 14




No Amortiguada

Cancel

Imagen #7;

Download And Print

Respuesta Homogénea para sistemas no amortiguados

PARÁMETROS DE LAS VIBRACIONES Los parámetros que definen la vibración son los siguientes: Frecuencia: Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio. En los análisis de vibración se usan los CPM (ciclos por segundo) o HZ (hercios). Desplazamiento: Es la distancia total que describe el elemento vibrante, desde un extremo al otro de su movimiento. Es una cantidad vectorial que describe el cambio de posición de un cuerpo o partícula respecto a un sistema de referencia. Velocidad: Es un valor relacionado con los parámetros anteriores. Es un vector que especifica la derivada del desplazamiento en el tiempo. Aceleración: Es un vector que especifica la derivada de la velocidad en el tiempo Dirección: Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3 rotacionales.

Imagen #8;


Parámetros de vibraciones Página 15

Print document




ANÁLISIS DE VIBRACIONES Cancel

Download And Print

Esta técnica del mantenimiento predictivo se basa en la detección de fallos en equipos rotativos principalmente, a través del estudio de los niveles de vibración. El objetivo final es obtener la representación del espectro de las vibraciones de un equipo en funcionamiento para su posterior análisis. Para aplicarla de forma efectiva y obtener conclusiones representativas y válidas, es necesario conocer determinados datos de la máquina como son la velocidad de giro, el tipo de cojinetes, de correas, número de alabes o de palas, etc., y elegir los puntos adecuados de medida. También es necesario seleccionar el analizador más adecuado a los equipos existentes en la planta.

TÉCNICAS 1. Medición de la amplitud de la vibración: Da un valor global del desplazamiento o velocidad de la vibración. Cuando la vibración sobrepasa el valor preestablecido el equipo debe ser revisado. Únicamente informa de que hay un problema en el equipo, sin poderse determinar por esta técnica donde está el problema.

2. Análisis del espectro de vibración: La vibración se descompone según su frecuencia. Analizando el nivel de vibración en cada una de las frecuencias se puede determinar la causa de la anomalía. En este caso el equipo se compone de 4 elementos: a) Ordenador PC, normalmente portátil, en el que se almacenan las señales b) Interface entre el sensor de vibración y el ordenador, o tarjeta de adquisición de datos c) Elemento sensor, que es el captador de la vibración d) Software de análisis, capaz de realizar la descomposición de las señales y su representación gráfica, e incluso en algunos casos y en base a un sistema experto (que acumula la experiencia práctica del análisis de la compañía que lo desarrolla) es capaz de dar un primer diagnóstico del estado de la máquina En los equipos rotativos se admite la presencia de algunas componentes de frecuencia en los espectros, siempre que no se observen armónicas o variaciones en el tiempo. Haciendo admisible la observación de un pico de vibración a la velocidad de rotación de la máquina (1xRPM) debido al desequilibrio, dado que la distribución de pesos a lo largo del eje de rotación nunca es absolutamente perfecta. También estará siempre ANALISIS DE VIBRACIONES

Página 16

Print document




presente la frecuencia de engranajes (es decir, si And una Print caja reductora tiene 20 piñones, Cancel Download siempre se detectará un pico de vibración a 20xRPM, 20 veces la velocidad de giro), o la frecuencia de paso de álabes (un ventilador con 8 aspas presentará un pico de vibración a 8xRPM). En el caso de generadores, siempre se detectan picos correspondientes a fenómenos electromagnéticos, que dependen de la frecuencia de la red eléctrica y del número de polos del generador; así, es frecuente observar en estos equipos picos a 1.500 RPM (o 25 Hertzios), 3.000 RPM (50 Hertzios), 6.000 RPM, etc. La presencia de otras componentes de frecuencias como por ejemplo las relacionadas con torbellinos de aceite, frecuencias de paso de bolas de rodamientos, incluso la detección de ruido audible deben constituir motivo de preocupación, y por supuesto deben ser observadas e investigadas de forma sistemática, y una vez analizada la causa que las provoca, debe ser corregida.

Características principales de un equipo de análisis de espectro de vibración Las principales características con las que deberá contar un equipo de análisis de vibración son las siguientes: Posibilidad de utilizar un acelerómetro triaxial Posibilidad de uso del equipo para realizar equilibrados Duración de la batería Tamaño y manejabilidad de la pantalla. Especialmente interesante resulta que la pantalla sea táctil Características de la CPU y de la memoria interna Frecuencia máxima de muestreo Visualización de datos Posibilidad de comunicación inalámbrica con la red habitual, o al menos, posibilidad de conexión del equipo en red Número de canales de adquisición simultánea de datos Resistencia a impactos y caídas Tiempo requerido para realizar una medición completa de una máquina con dos apoyos Datos que es necesario introducir en el equipo para que realice la medición. Si la cantidad de datos que el equipo solicita para poder realizar una medición es excesiva, puede resultar un inconveniente. Hay que tener en cuenta que en muchas máquinas se carece de una información exhaustiva Tiempo de configuración de cada punto de medida Software que acompaña al equipo: posibilidad de diagnóstico automático, informes que genera, posibilidad de almacenamiento de datos en mediciones sucesivas, análisis de tendencias, etc. ANALISIS DE VIBRACIONES

Página 17

Print document




Coste del equipo, de Cancel los accesorios necesarios y de las licencias de software Download And Print adicionales Posibilidades de equipamiento opcional y su coste

SEVERIDAD DE VIBRACIÓN La severidad de vibración, nos indica la gravedad que puede tener un defecto. La amplitud de la vibración expresa la gravedad del problema, pero el difícil establecer valores límites de la vibración que detecten un fallo. La finalidad del análisis de vibraciones es encontrar un aviso con suficiente tiempo para poder analizar causas y forma de resolver el problema ocasionando el paro mínimo posible de la máquina. Una vez obtenido un histórico de datos para cada elemento de las máquinas que se estudian, el valor medio refleja la normalidad en su funcionamiento. Desviaciones continuas o excesivas indicarán un posible fallo de será identificado después, teniendo en cuenta la frecuencia a la que se producen las mayores vibraciones. Cuando no se posee un histórico de datos para una máquina, puede analizarse la severidad de vibración teniendo en cuenta las siguientes gráficas:


Página 18

Print document




Download And Print

Cancel

Grafico #2;

Severidad de la velocidad y el des lazamiento

Grafico #2;

Grafico #3;

Severidad de la velocidad y el desplazamiento

Severidad de la velocidad de

aceleración ANALISIS DE VIBRACIONES

Página 19

Print document




Se debe tomar en cuenta que para la severidad vibraciones también existen ciertas Cancel Downloadde And Print tablas que están certificadas por las normas ISO como por ejemplo:

NORMAS DE SEVERIDAD Una guía de referencia para distinguir entre lo que puede entenderse como un funcionamiento normal o admisible de la máquina y un nivel de alerta lo constituyen normas como la ISO 2372. Esta norma proporciona guías para aceptación de la amplitud de vibración para maquinaria rotativa operando desde 600 hasta 12 000 RPM. Específica niveles de velocidad general de vibración en lugar de niveles espectrales, y puede ser muy engañosa. La norma ISO 2372 específica los límites de la velocidad de vibración basándose en la potencia de la máquina y cubre un rango de frecuencias desde 10 Hz (o 600 RPM) hasta 200 Hz (o 12000 RPM). Debido al rango limitado de alta frecuencia, se puede fácilmente dejar pasar problemas de rodamientos con elementos rodantes (rodamientos de bolas, de rodillos, etc.). Esta norma está considerada obsoleta y se espera sea reformulada en breve.

Normas de severidad de la vibración según ISO 2372 Los niveles de severidad detallados en la tabla están referidos únicamente a vibración por desequilibrio, por lo que sólo son aplicables en lo referente a ese fallo. Por ello, es ANALISIS DE VIBRACIONES

Página 20

Print document




más práctico comparar Cancel el espectroDownload de vibración obtenido con el espectro de And Print referencia, es decir, aquel en el que se considera que la máquina funciona correctamente (por ejemplo, el espectro tomado cuando la máquina era nueva). Si el nivel de vibración ha aumentado 2,5 veces respecto a esa referencia, debe ser motivo de alarma, pero no de intervención: habrá que vigilar el comportamiento del equipo. Si la vibración aumenta 10 veces, está será inadmisible y habrá que intervenir. Esta es una norma general cuya validez habrá que comprobar en cada caso particular. Mientras que por otro lado; las normativas internacionales recomiendan utilizar: valor rms de velocidad en mm/s

Imagen#9;

Magnitudes medibles en las vibraciones Desplazamiento (mm) Velocidad (mm/s) Aceleración (m/s2, g) Relacionados mediante ( w=2pf ) s=Ssen(wt) v=Swcos(wt)=Vcos(wt) a=-Sw2 sen(wt)=-Vw sen(wt)=-Asen(wt) Amplitud de las Vibraciones:


Página 21




ANÁLISIS DE VIBRACIONES Cancel

Download And Print

El análisis de datos consta de dos etapas: adquisición e interpretación de los datos obtenidos al medir la vibración de la máquina. El fin a alcanzar es determinar las condiciones mecánicas del equipo y detectar posibles fallos específicos, mecánicos o funcionales. La adquisición de datos es el primer paso a dar para hacer un análisis de vibraciones. Los datos de desplazamiento, velocidad o aceleración dependerán de la velocidad de la máquina, de acuerdo con su relación equivalente de frecuencia (rpm=cpm). Así, para bajas rpm, (bajos cpm), se tomarán datos de desplazamientos. Para velocidades que estén dentro del orden de 600 y 60.000 rpm, se medirán velocidades. Y para los que sean de orden superior, los datos a tomar serán aceleraciones. (Ver imagen 10)

Imagen#10 ; Toma de datos con

transductor

Pasos a seguir en la adquisición de datos: 1. Determinación de las características de diseño y funcionamiento de la máquina, como son: velocidad de rotación de la máquina, tipo de rodamiento, engranaje, y condiciones del entorno en que está situada como es el tipo de apoyo, acoplamientos, ruido, etc. También habrá que tener en cuenta las condiciones de funcionamiento como velocidad y cargas entre otras que normalmente afectarán a las mediciones de vibración. 2. Determinación de la finalidad de la vibración que podrá incluir: Medidas de rutina para detectar en un momento determinado un posible fallo y determinar las causas que lo originan.


Página 22

Print document




Medidas para crear un histórico de datos y con él obtener Cancel Download And Print un valor de base, sobre el que estará el valor de vibración que deba tener la máquina cuando sus condiciones de trabajo sean normales. Toma de datos antes y después de una reparación, la medida de antes pondrá de manifiesto el problema, elemento defectuoso y será más eficaz así su reparación. Después de la reparación se tomarán medidas que indiquen la evolución del elemento sustituido o la corrección del defecto existente.

3. Selección de los parámetros de medición: desplazamiento, velocidad, aceleración, spike energy. Ellos determinaran el transductor a utilizar. 4. Determinación de posición y dirección de las medidas con los transductores, la vibración se tomara generalmente en rodamientos de la máquina o puntos donde sea más probable un fallo por acoplamiento, equilibrio, puntos donde se transmitan las fuerzas vibratorias. Los tres sentidos principales en una medición son horizontal, vertical y axial. Sentidos radiales son horizontal y vertical, y se toman con eje del transductor a 90&Ord.; respecto al eje de rotación. (Ver imagen #11).

Imagen#11; Sentido de toma de datos en

una silla

5. Selección del instrumento de medición y transductores. 6. Determinación del tipo específico de datos requeridos para la interpretación de las medidas realizadas y se obtendrá de estas, información más útil en el análisis. Los datos obtenidos pueden ser: valores de magnitud total, espectro de frecuencias amplitud-frecuencia que indica el tipo de problema existente, amplitud-tiempo para vibraciones transitorias rápidas o vibraciones muy lentas, spike energy en rodamientos, engranajes y problemas de cavitación; (Ver imagen #12). ANALISIS DE VIBRACIONES

Página 23



Print document In order to print this document from Scribd, you'll first need to download it. Cancel

Imagen#12; Puntos

de tomas de datos de motor y bomba

Download And Print

7. Toma de datos. Paso esencial en el análisis, precisa de atención y fiabilidad de las medidas tomadas. A la hora de la adquisición de datos es importante tener en cuenta: a) Secuencias de medición, tomar datos correctos y lo más rápido posible, evitan tiempo perdido. b) Lugar de toma de datos siempre será el mismo, con el transductor unido de una forma firme, para la veracidad de los datos. c) Seguimiento de la máquina, es decir, mantener un con los operarios que trabajan con ella y los de mantenimiento, ellos serán las personas que conocen de cerca de la máquina. d) Controlar el entorno exterior de la máquina, aspecto, ruido, etc. e) Atender tendencias inesperadas. Estar preparados para tomar más datos, medidas cuando pueda haber signos de algún problema. f) Mantener sólo datos coherentes, tomados con precisión. g) Comparar con máquinas similares y en igual forma de trabajo. Por tanto, se puede decir que la toma de datos es un paso esencial para un buen análisis de vibraciones. Para una buena interpretación de los datos fiables que hayan sido tomados de una forma metódica y precisa. Así podrá hacerse un diagnóstico de algún problema lo más exacto posible.


Página 24

Print document




INSTRUMENTOS UTILIZADOS PARA MEDIR LA VIBRACIÓN. Cancel Download And Print WORKSTATION; Estación de trabajo para la medición de vibraciones y su análisis mediante la utilización del computador

Imagen#13; Workstation

ACELERÓMETRO PIEZOELÉCTRICO

Funciona bajo el principio de resorte

Imagen#14; Acelerómetro

El acelerómetro piezoeléctrico se utiliza para medir vibraciones cuya frecuencia sea inferior a unos 2 Khz, porque su frecuencia natural es del orden de los 5 Khz. Para su utilización, todo el conjunto se fija al equipo al que se le van a medir las vibraciones. Cuando la masa sísmica aumenta o disminuye la presión sobre el cristal piezoeléctrico, éste genera un voltaje alterno cuya amplitud es proporcional a las aceleraciones de las vibraciones; y cuya frecuencia es igual a la de dichas vibraciones.


Página 25

Print document




MEDIDOR DE VIBRACIONES PCE-VT Cancel Download And 204 Print Medidor para la detección de la velocidad de vibración, desplazamiento y aceleración /adicionalmente mide las revoluciones con y sin contacto (óptico) memoria interna, interfaz RS-232 / software opcional El medidor de vibraciones PCE-VT 204 destaca por su multifuncionalidad. El medidor de vibraciones es capaz de medir los tres parámetros de la vibración con exactitud y además puede ser usado también como tacómetro (óptico con bandas reflectantes o por contacto por rueda). El medidor de vibraciones, además de controlar las vibraciones de motores, transmisiones, engranajes, rodamientos, cajas de cambio de motores, etc.; también es apto para medir las revoluciones en máquinas e instalaciones rotativas. El sensor de aceleración adjunto puede ser colocado de forma plana, equiparlo con la peana magnética o combinar el sensor con la punta de la aguja atornillable (también forma parte del contenido del envío). Si desea traspasar los valores de medición directamente del medidor de vibraciones (o de la memoria) a un ordenador o portátil puede usar el software que puede pedir adicionalmente. Los filtros de frecuencia internos suprimen los ruidos de fondo, lo que permite detectar las vibraciones específicas.

Imagen#15; Medidor

de vibraciones PCE-VT 204

La imagen superior muestra el medidor de vibraciones PCE-VT 204 y todos los diferentes sensores y adaptadores que forman parte del contenido del envío, ruedas y conos para las funciones de tacómetro así como un sensor de aguja, sensor de apoyo y peana magnética atornillable.


Página 26




VIBRÓMETRO PCE-VT 250 Cancel Download And Print Vibrometro para determinar el estado completo de máquinas / integra un estroboscopio / detección automática de revoluciones / diagnóstico de máquinas mediante el análisis FFT / función de estetoscopio para la comprobación de ruidos en máquinas. El vibrómetro es ideal para el personal de mantenimiento y sirve para la rápida detección de vibraciones en máquinas, piezas e instalaciones. Para indicar el estado se usan los colores indicativos rojo, amarillo y verde. El vibrometro diagnostica problemas de vibración mediante el análisis FFT y por tanto es apto para la detección precoz de fluctuaciones en máquinas o instalaciones. La búsqueda y determinación de averías se efectúan directamente con el vibrómetro en fábrica. Con este equipo puede llevar a cabo todos los análisis básicos de vibraciones en el ámbito del mantenimiento preventivo. No necesita ningún software y hardware adicional. Con el auricular incluido puede transmitir las vibraciones de forma acústica al oído humano. Este método no es para nada obsoleto. En la medición de cojinetes o rodillos en funcionamiento lento detectará las averías rápidamente.

Imagen#16; Vibrómetro

PCE-VT 250

MEDIDOR DE VIBRACIÓN PCE-VT 3000 Aparato de mano para medir vibraciones y oscilaciones de máquinas e instalaciones con memoria interna, interfaz para el PC y software opcional El medidor de vibración ofrece una manera rápida y sencilla de medir la aceleración, el camino y la velocidad de oscilación para comprobar vibraciones en máquinas y componentes.


Página 27




Una ventaja especial del medidor de Download vibración consiste en la posibilidad de guardar Cancel And Print los valores de medición en el aparato de manera directa. Por medio del cable de datos para el PC opcional podrá realizar la transmisión de datos del medidor de vibración a un PC o laptop y si así lo desea, realizar una valoración de los mismos. Los valores de medición se pueden transmitir a otros programas como por ejemplo MS Excel. La gran pantalla le permite visualizar no solamente los valores de medición actuales, sino también presentar a la misma vez el especto de vibración. Puede solicitar de modo opcional diferentes sensores de medición como p.e. el sensor de aguja ex- tralargo. Si lo desea, puede pedir un alargador del cable de conexión entre el sensor y el medidor. Compruebe el comportamiento vibratorio de sus máquinas con este medidor de vibración y evite con ello mayores daños (localice la fuente de la emisión).

MEDIDOR VIBRACIÓN PCE-VT 3000

Imagen#17;

DE

MONITOR DE VIBRACIONES PCE-VB 102 Monitor de vibraciones para el control de la velocidad de vibración / selección libre de valores límite y unidades mm/s o Inch/s con salida relé. El monitor de vibraciones es un vibrómetro programable. El monitor de vibraciones se ha diseñado especialmente para máquinas en movimientos como bombas, ventiladores y turbinas hidráulicas. El monitor de vibraciones controla las señales de vibración y muestra los valores RMS valor pico en mm/s o Inch/s. Existen múltiples causas y fuentes de error en las vibraciones de máquinas: desequilibrio de piezas en movimiento, averías en cojinetes, desplazamiento de las juntas o ejes, desgaste de ruedas dentadas, etc. El monitor de vibraciones mide por tanto la amplitud de la vibración que aumenta al cuadrado con relación a las revoluciones. Como las máquinas cada vez deben funcionar a más velocidad, aumenta el riesgo de


Página 28

Print document




vibraciones que pueden dañar las máquinas. La And pantalla Cancel Download PrintLED en la parte frontal del monitor de vibraciones, así como una salida relé, le permiten un control sencillo e inmediato. La salida BNC en la parte frontal del monitor de vibraciones le permite transmitir la señal a un analizador de frecuencia. Encontrará una visión general de todos los vibrómetros y monitores de vibración.

Imagen#18; MONITOR

DE VIBRACIONES PCE-VB 102

MEDIDOR DE VIBRACIONES PCE-VT 2700 Un aparato manejable para no iniciados en la inspección de vibraciones en máquinas e instalaciones / el medidor le detecta los tres parámetros de vibración importantes El medidor de vibraciones es ideal para que los trabajadores de mantenimiento comprueben de forma rápida las vibraciones en piezas, máquinas e instalaciones. El medidor de vibraciones le muestra directamente en la pantalla la aceleración, la velocidad y el desplazamiento de vibración. Con este aparato puede detectar y efectuar un seguimiento del desequilibrio y las averías en cojinetes. El medidor de vibraciones se envía con sensores de aguja (2 x 50 mm) sensor de apoyo, peana magnética, asidero y maletín. Tiene una interfaz RS-232 integrada que permite traspasar los datos del analizador de vibración directamente al ordenador. El aparato es también calibrable según la normativa ISO. Compruebe el comportamiento vibratorio de sus máquinas con este medidor de vibraciones y prevenga posibles daños (localice con exactitud la fuente de las vibraciones indeseadas).


Página 29



Print document In order to print this document from Scribd, you'll first need to download it. Cancel

Download And Print

Imagen#19; medidor

de vibraciones PCE-VT 2700 La imagen de arriba muestra el medidor de vibraciones con el adaptador de apoyo. Puede conectar al adaptador el asidero, el sensor de aguja o la peana magnética.

MEDIDOR DE VIBRACIÓN ELECTRÓNICO PCE-S 41 Fonendoscopio para utilizar en inspección y mantenimiento El medidor de vibración funciona con baterías y es muy manejable. Este medidor de vibración puede ser usado para detectar ruidos en máquinas, como p.e. en rodamientos, válvulas en ventiladores, bombas. Esto convierte al medidor de vibración en una herramienta óptima para la supervisión de ruidos y vibraciones, dando al responsable del mantenimiento la posibilidad de reconocer las fuentes de error antes que surja una avería en máquinas o instalaciones (prevención y conservación). La carcasa del medidor de vibración es de plástico ABS, y se ha tenido en cuenta en el diseño el manejo cómodo. El aparato funciona con un transductor piezoeléctrico, que detecta incluso los ruidos más bajos. El auricular del medidor de vibración está equipado con dos orejeras ajustables, que está conectado con un cable de 2 m. Use también usted el medidor de vibración en su empresa.

Imagen#20; medidor

de vibraciones electrónico PCE-S 41


Página 30

Print document



In order to print this document from Scribd, you'll first need to download it. Cancel

CONCLUSIONES Download And Print

El mantenimiento predictivo nos permite la detección o el reconocimiento del problema antes de que ocurra, para que esto se cumpla es necesario el seguimiento constante y riguroso de los componentes que conforman a la maquina objeto de estudio. La corrección no solo se basara en solucionar el problema, sino deberá ser eficiente y evitando afectar el proceso de producción; el análisis; dependerá del punto donde aparece el defecto, la posición y el entorno de la máquina. En los equipos rotativos el mantenimiento predictivo se encuentran directamente relacionado con el análisis de vibraciones. El primer instrumento de medición de vibración son los sentido, ya que a través de ellos, sentimos (tacto), observamos (vista), y escuchamos (oído), las vibraciones o los efectos causados por esta, ya que toda vibración viene dada por una velocidad, aceleración, frecuencia y como resultado tenemos un desplazamiento el cual dependiendo de la causa este viene acompañado de un ruido, desgaste o deformación. Las vibraciones en mantenimiento no son mas que una alarma previa al fallo, y si esta es detectada a tiempo podremos evitar la parada de la maquina; es importante acotar que las vibraciones se encuentran presente en todo cuerpo que pueda ser sometido a movimiento, por ende estas no pueden ser eliminadas pero mediante la aplicación del amortiguamiento las ondas vibratorias son reducidas con la finalidad de evitar (disminuir) las consecuencias de las vibraciones.


Página 31

Analisis de Vibraciones PDF

Recommend Documents