EJEMPLO DE PREGUNTAS DE EXAMEN DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES CATEGORÍA I 1.
Conceptos
1.1
Que estrategia de mantenimiento, preventiva o predictiva, utilizaría utilizaría para definir el momento de realizar el cambio de rodamientos de una máquina. Explique porqué.
!s"cos#
Respuesta !na estrategia de mantenimiento preventivo no es eficaz para los rodamientos, debido a que la vida de ellos es mu" aleatoria, a#n para el caso de máquinas que traba$an en condiciones de operaci%n mu" estables.
1.&
'e mide la velocidad de una vibraci%n arm%nica simple (o sinusoidal) de valor pico &mm*s " período +.1seg. a) etermine el valor de la frecuencia de la vibraci%n en (cpm). b) etermine los valores de pp, +, R-', R-' , /0, /R-'. c) 'i la vibraci%n no ubiese sido arm%nica simple2 3podría usar las mismas relaciones usadas en la parte b)4
Respuesta a) 5++cpm, b) pp 6 57.55 μm2 p 6 71.8 μm2 R-' 6 &&,9 μm2 R-' 6 1.:1mm*s2 /o /o 6 +.+1&8g2 /R-' 6 +.++;1g. c)
1.7 El desplazamiento vibratorio medido en una máquina consta de tres componentes !na de desplazamiento (pico a pico) 6 1++µm " frecuencia 5++cpm. 0tra de desplazamiento (pico a pico) 6 7+µm " frecuencia 1&++cpm. 0tra de desplazamiento (pico a pico) 6 9µm " frecuencia 19+++cpm. a) ibu$e el espectro del desplazamiento pico a pico b) ibu$e el espectro de la velocidad pico c) ibu$e el espectro de la aceleraci%n pico d) =omente la forma de los espectros vibratorios a), b) " c) respecto al aumento o disminuci%n del valor de las componentes con la frecuencia. 3Es lo que esperaba encontrar4 e) ibu$e el espectro de la velocidad R-' " compárelo con el obtenido en b) f) ibu$e el espectro del desplazamiento pico a pico en d>. !se /referencia 6 +.++1µm. Respuesta d) 'i. ?a tendencia característica de las vibraciones en las máquinas es que el valor de los desplazamientos disminu"an al aumentar la frecuencia, el valor de la aceleraci%n vibratoria aumente al aumentar la frecuencia, mientras la velocidad presenta el espectro más plano.
1.:
?a figura representa una máquina rígida de masa 9++@g montada sobre vigas de masa despreciable. /l montar la máquina las vigas debido al peso de la máquina se deformaron en su centro 7+ μm (medido con un relo$ comparador) a) etermine la rigidez vertical de las vigas b) Estime el valor de la primera frecuencia natural de vibrar (verticalmente) del con$unto vigas*máquina.
Respuesta: a) 1.57 x 1+8(<*m)2 b) 9:98(cpm)
1.9
Aiguras a), b), c) " d) muestran cuatro formas de vibraciones en el tiempo. etermine (explique) cual espectro 1, &), 7), " :) le corresponde a cada una.
&
1 +.8
1.9
+.5
1
+.: +.9
d u t i l p m a
d +.& u t i l p m + a
+
B+.9 B+.&
B1
B+.:
B+.5 B1.9
B+.8+ B&
+.+9
+.1
+.&
+.19
tiempo s +
+.1
+.&
+.7 tiempo s
+.:
+.9
+.5
figura b)
figura a) +.9
8
+.:9 C
+.: 5
+.79 9
+.7 d u t i l +.&9 p m a +.&
d u t
i : l p m a
7
+.19 &
+.1 1
+.+9
+ +
+
9+
1+ +
19+
&++
&9 +
7++
79+
:+ +
:9 +
+
&
:
5
8
1+
1&
1:
15
18
+ .8
+.;
&+
frecuencia Dz
9++
f r e c u e n c i a z
figura &)
figura 1)
1
8+
+.8 5+
+.5 :+
+.: +.& d u t i l p m a
&+
+
d u t
i l p m
B+.&
+
a
B& +
B+.: B+.5
B: +
B+.8
B5 + B8 ++
+. 1
+.&
+.7
+.:
+.9 tiem po
B1 +
+.5
+.C
s
+.&
+.1 tiempo s
figura d)
figura c) B9
x 1+
1
1 +.;
+.; +.8
+.8 +.C
+.C +.5
+.5 d u t i l +.9 p m a
+.9 d u t i l p m+.: a
+.: +.7
+.7 +.&
+.& +.1
+.1
+ +
1+
&+
7+ frecuencia Dz
:+
9+
5+
figura 7)
1
+ +
9
1+
19 frecue ncia Dz
&+
&9
7+
figura :)
Respuesta (a) con (:)2 (b) con (7)2 (c) con (&)2 (e) con (1)
1.5
3=#al es la diferencia de fase entre estas dos vibraciones4. a) + d) 1:9 b) :9 e) 18+ c) ;+ 1 +.9 d u t i l p m a
+
B+.9 B1 +
+.+&
+.+:
+.+5
+.+8
+.1 +.1& tiempo s
+.1:
+.15
+.18
+.&
+.+&
+.+:
+.+5
+.+8
+.1 +.1& tiempo s
+.1:
+.15
+.18
+.&
1 +.9 d u t i l p m a
+
B+.9 B1 +
1.C
?a frecuencia natural de un sistema disminu"e cuando a) /umenta su masa b) isminu"e su rigidez c) /mbas a) " b)
1.8
?a resonancia se produce cuando a) isminu"e el amortiguamiento. b) ?a frecuencia de la fuerza aplicada es igual a alguna de sus frecuencias naturales. c) /umentan las fuerzas en la máquina. 1.;. ?a figura muestra la aceleraci%n medida en una máquina. ibu$e el espectro vibratorio de la /R-' " de la pico. Fndique claramente el valor " la(s) frecuencias(s). =omente el resultado.
Respuesta: /pico 6+ .7979 (g) , f 6 &.9 Dz 2 pico 6 711.; (mm*seg). alor excesivo debido a que a ba$as frecuencias es
anormal tener una aceleraci%n de + .7979 (g)
$.
B%&%nce%'"ento
&.1
entilador delgado ?* 6 largo*diámetro 6 +.& que gira a 7+++(cpm). a) 'e debe balancear en dos planos. b) 'e puede balancear en un solo plano. c) >asta un balanceamiento estático d) b) " c)
&.&
>omba anca (*? 6 +.9) de 9 etapas que gira a 1&++cpm. Grimera velocidad crítica 6 :+++(cpm). 3'e puede balancear en dos planos en una máquina balanceadora que gira a 5++cpm4.
Respuesta 'i, pues el rotor tiene comportamiento de rotor rígido de acuerdo a F'0 117:& H-étodos " criterios para el balanceamiento de rotores flexiblesI.
&.7.
e acuerdo a F'0 1;:+, el grado de calidad para el balanceamiento de una bomba centrífuga es J5.7. 'i la bomba gira a 1&++(cpm). " se debe balancear en & planos " la masa del rotor es - 6 1++@gr. a) 3=uál es el máximo desbalanceamiento ! permisible por plano de balanceamiento4. b) 3=%mo determinaría a partir del valor determinado en a), cuál es el valor de la vibraci%n de la componente a 1 x rpm. para el cual es necesario balancear el rotor4
Respuesta a) &.9+C (gr mm) por plano de correcci%n. c) ?as normas especifican el desbalanceamiento admisible. En terreno se mide sin embargo, vibraciones. Estos valores se relacionan a través de los coeficientes de influencia (valores que entregan los recolectores de datos comerciales).
&.:
'e quiere balancear un rotor de $aula de ardilla (armadura de un motor eléctrico) que gira a 1:8+cpm. ?a masa del rotor es 1++@g, su radio es 19+mm " su primera velocidad crítica es :+++cpm. a) 3En cuantos planos debe balancearse el rotor4 b) Estime la masa de prueba a colocar. 3En que se basa esta estimaci%n4 c) etermine de acuerdo a F'0 1;:+ el desbalanceamiento admisible por plano.
Respuesta a) & planos2 b) &C,&(gr)2 c) &+7& grKmm por plano
7 7.1
Se(e)"*%* (")%to)"% + 'e*"c",n *e &% (")%c",n. Gara determinar la severidad de las vibraciones en una bomba centrífuga con descansos de rodamientos que gira a 1&++(cpm)., se debe medir a) esplazamiento vibratorio. b) elocidad pico c) elocidad R-' en rango de frecuencias de 1+ a 1+++Dz. d) /celeraci%n Respuesta
........................................2
Gorqué4
.................................................... 7.&
3Qué significa de acuerdo a F'0 &7C& que la severidad vibratoria medida sea HinaceptableI. a) ebe detenerse la máquina b) Que la vida esperada de los elementos de la máquina disminu"en severamente. c) 0tra explicaci%n
7.7
Fndique cuales de las siguientes aseveraciones son verdaderas Lodas son verdaderas a) En máquinas con descansos idrodinámicos (con metal blanco), la principal raz%n porque se limitan las vibraciones es para evitar sobrecargas sobre el metal blanco. b) Gara vibraciones sobre 1+++z (por e$emplo f engrane), lo más crítico son las fuerzas (de inercia) que ellas generan " para evaluar su severidad se mide (" limita) la aceleraci%n. c) Gara vibraciones ba$o 1+z., lo más crítico son los esfuerzos que ellas generan " para evaluar su severidad se mide (" limita) el desplazamiento vibratorio.
7.:
?as vibraciones globales de la velocidad R-' " del desplazamiento R-' en los descansos = " en un ventilador de 8 alabes de potencia 7+@M que gira a :++(cpm) " primera velocidad crítica de :++(Dz) son
=BD +,98mm*s2 75 µ m
B a) ?a severidad vibratoria seg#n F'0 &7C& es ........................................... b) ?a severidad vibratoria seg#n F'0 1+815B7 es ........................................ Respuesta: a)>uena /, aunque no es aplicable a máquinas que giran ba$o 1+Dz
.b)/ceptable >
7.9
?as vibraciones globales R-' en los descansos / " > de un ventilador de :++NM de potencia que gira a 8++cpm " velocidad crítica 5++cpm son /BD :.1mm*s >BD 9.8mm*s /B 7.&mm*s BD :.1mm*s /B/ &.8mm*s >B/ 7.8mm*s a) ?a severidad vibratoria seg#n F'0 &7C& es ........................................... b) ?a severidad vibratoria seg#n F'0 1+815B7 es ........................................
Respuesta: a)'atisfactoria
> b)Fnsatisfactoria para una operaci%n continua de la máquina durante un tiempo prolongado de funcionamiento =
7.5
'e realiza un análisis frecuencial con f máx 6 5+.+++cpm. 3=on cuántas líneas debe realizarse el análisis para obtener una resoluci%n en frecuencias ∆ f 6 C9 cpm
Respuesta 8++?ineas 7.C
3=uánto es el tiempo de adquisici%n de datos(largo de la seOal medida) que requiere tomar un analizador de vibraciones para realizar un espectro, si se
3Qué conclusiones saca de estos resultados4. Respuesta a) +,:seg2 b) 7+
7.8
'e quiere tener un largo de seOal (forma de onda) de aproximadamente 19seg. 'i f max 6 &9.+++cpm, determine el n#mero de líneas a utilizer
Respuesta: =on 5:++ líneas, L 6 19,75seg.
-
D"%n,st"co *e /%&&%s.
5 9
:.1
Espectro tomado en el descanso de un rotor que gira a 19++(cpm). 3=uál es la falla más probable4 a) esbalanceamiento b) esalineamiento severo c) Resonancia d) 'olturas e) b) " d) Respuesta ........................................2
): g e s * m m 7 ( ' R . &
1
+ +
19++
7+++
:9++
5+++
frecuencia =G-
3Gorqué4 ....................................................
C9++
;+++
?as siguientes 7 preguntas son referidas a una máquina con la siguiente configuraci%n
:.&
'e midi% vibraciones en el descanso en direcci%n vertical (B) " en direcci%n orizontal (BD) en los descansos del ventilador. /mbos rotores tienen comportamiento de rotor rigido. 'e midi% además, que la diferencia de fase entre vibraci%n orizontal " vertical en el descanso era ;C. 3=uál es la falla más probable que genera las altas vibraciones en B4 a) esbalanceamiento del motor b) esbalanceamiento del ventilador c) Resonancia estructural del ventilador d) 'olturas mecánicas e) b) " c)
Respuesta ...............2 .....................................................................
:.7
Respecto a la misma unidad del punto :.&. direcci%n orizontal) el espectro siguiente.
3Gorqué4.........
'e midi% en >BD (descanso >
?a diferencia de fase entre >BD " >B fue 1C+. 3=uál es la falla más probable que genera la alta vibraci%n en >BD4
a) b) c) d) e)
esbalanceamiento del motor esbalanceamiento del ventilador Excentricidad de la polea motor Excentricidad de la polea ventilador aOo en las correas
Respuesta .......................................2 .................................................... :.:
3Gorqué4
Respecto a la misma unidad del e$emplo :.&. 'e midi% el espectro indicado en la figura en =B. Realice una auditoría técnica de la máquina, es decir a) etermine cual es el origen más probable de c*u de las componentes espectrales.
Repuesta i) =omponentes a 18+(cpm), por ser subsincr%nica " tener arm%nicos o m#ltiplos, debe ser un problema de correas daOadas. ii) =omponente a 1+++(cmp) desbalanceamiento residual del ventilador. 'us arm%nicos a &+++ " 7+++ (cpm) de valores pequeOos respecto a la 1 x rpm pueden deberse a las noBlinealidades en el comportamiento del rotor o a pequeOas asimetrías del ventilador. iii) =omponente a 1:C+(cpm) debido al desbalanceamiento residual del motor. ?a vibraci%n es transmitida por las correas iv) 8+++(cpm), frecuencia de paso de los álabes debido a las pulsaciones de presi%n generadas en el ventilador.
b)
=uales de estas componentes considera que son normales para esta unidad.
Respuesta ii), iii), iv) son vibraciones normales para esta unidad. 'in embargo el valor de la componente a 1+++(cpm) puede
estar alta " sea necesario balancear el ventilador. El valor para el cual es necesario balancear la unidad es determinado de acuerdo a lo indicado en &.7 b)
:.9
ibraciones tomadas en ventilador de 8 álabes que gira a 1+++(cpm). 3=uál es el más probable origen de la componente a 78++(cpm)4 a) Gicadura de rodamiento. b) ibraci%n proveniente de otra máquina. c) Rodamiento girando en el e$e. d) Lurbulencias
Respuesta b) /unque 78++(cpm) coincida con el >GA0 o >GAF, no es un problema de rodamientos picados, debido a la ausencia de arm%nicos.
:.5
entilador que gira a 1+++(cpm). 3=uál es la falla más probable que genera la vibraci%n4. a) esbalanceamiento b) esalineamie nto c) 'olturas basales d) Rodamiento con $uego radial excesivo e) c) " d) Respuesta ........................................2
3Gorqué4 ............................................
1& 11 1+ ; 8 C 5 9 : 7 & 1 + +
:.C
9++
1+++
>omba de 9 alabes que gira a 1+++(cpm). 3=uál es la falla más probable4 a) 'olturas mecánicas b) Rodamiento picado
19++
&+++
&9++
7+++
79++
:+++
c) esaline amiento severo d) Alu$o turbulent o
:9++
9+++
e) efo rmac i%n de la carcasa
7
=BDorizontal 1
&.9
&
1.9
+ . 9
) s * m m ( ' R .
+
+ 1+++ &+++ 7+++ :+++ 9+++ 5+++ C+++ 8+++ ;+++ 1++++11+++1&+++ 17+++1:+++ 19+++15+++1C+++18+++ frecuencia =G-
Respuesta ........................................2 .................................................... :.8
3Gorqué4
>omba centrífuga de voluta de 9 alabes que gira a 19++(cpm). causa más probable del aumento de las vibraciones4. a) =avitaci%n b) >omba traba$ando a ba$o flu$o c) Recirculaci%n del flu$o d) b) " c) Espectro base Espectro actual
3=uál es la
=BDorizontal
;
8
C
5 ) s * m9 m ( ' -: R .
7
&
1
+ +
9++ 1 +++ 19++ &+++ &9++ 7+++ 79++ :+++ :9++ 9+++ 99++ 5+++ 59++ C+++ C9++ 8+++ 89++ ;+++ ;9++ 1++++ frecuencia =G-
........................................2 Respuesta ....................................................
:.;
3Gorqué4
-otor eléctrico de $aula de ardilla. Que gira a &;C+(cpm). /nálisis con resoluci%n en frecuencia ∆f 6 1++(cpm). 3=uál es la causa más probable de las vibraciones4. a) >arras cortadas o agrietadas b) esalineamiento c) Excentricidad estática d) Espiras del estator en cortocircuito e) c) "*o d) 19 1: 17 1& 11 1+ ) s ; * m m 8 ( ' C R 5 .
9 : 7 & 1 +
+
7+++
5+++ ;+++ frecuencia =G-
1&+++
19+++
:.1+ Reductor de engrana$es con velocidad de entrada 6 19++(cpm), " de salida 1+++(cpm). fe 6 frecuencia de engrane. 3=uál de los espectros mostrados en las figuras corresponde a lo siguiente4 1) Engrane en buen estado &) Rueda del e$e de entrada excéntrica. 7) Engrana$es desalineados :) E$e de rueda de salida doblada. 9) Engrana$e con bac@las excesivo. 5) Engrana$e con dientes desgastados. a)
b) 1.& 1.&
1.1
fe
1.1
1
1
+.;
+.;
&fe
+.8
&fe
+.8
d u t i l p+.5 m a
+.C
d u t i l +.5 p m a
fe
+.9
7fe
+.9 +.7
+.:
7fe
+.7
+.& +.1
+.&
+
+.1
+
+
+
1
&
7
:
9
5 C 8 ; frecuencia =G-
1+
11
1&
17
1:
1
&
7
:
9
19
5 C 8 ; frecuencia =G-
1+
11
1&
17
1:
19 :
x 1+
:
x 1+
c)
d) 1.& 1.& 1.1 1.1
1
1 +.;
+.;
+.C
&fe
+.C
d u t i l +.5 p m a
fe
+.8
fe
+.8
&fe
+.5
19 ++ = G-
1+ ++ =G-
d+.9 u t i l p m a
+.9
+.:
+.:
+.7
7fe
+.7
7fe
+.& +.& +.1 +.1 +
+ +
1
&
7
:
9
5
frecuencia =G-
C
8
;
1+ :
x 1+
+
1
&
7
:
9
5
C
8
frecuencia =G-
;
1+ :
x 1+
Respuesta: 1) a) o b)2 &) c)2 7) a) o b) 2:) d)2 9) b)2 5) a) o b)
:.11 a) b) c)
=uál es una forma práctica sencilla para determinar en máquinas eléctricas que componentes espectrales son de origen eléctrico. =uál es una forma práctica sencilla para comprobar una pata flo$a en una máquina =uál es una forma clara para determinar que ciertas componentes del espectro vibratorio son causadas por las pulsaciones de presi%n del fluido que mane$a la máquina.
Respuesta a) =ortar la potencia de la máquina mientras se está recolectando espectros en forma continua. ?as componentes que desaparecen de inmediato al cortar la corriente son de origen eléctrico. b) Fr aflo$ando los pernos basales de a uno. =uando se suelta el perno que distorsiona la carcaza de la máquina desaparecen las vibraciones que este problema genera.
c) /nalizando la presi%n dinámica del fluido medida en la tubería de descarga de la máquina usando un sensor de presi%n dinámica " el recolector*analizador de datos.
:.1&.. ibu$e el espectro de las vibraciones normales que espera encontrar en las siguientes máquinas 1) entilador que gira a 1+++ cpm " que tiene 8 alabes
&)
7) :) 9)
Reductor de dos etapas RG- entrada 6 1+++cpm, piO%n de entrada &1 dientes, el cual engrana con uno de 5+ dientes. En este mismo e$e a" otro engrana$e de 1; dientes que engrana con uno de 98 dientes. -otor de $aula de ardilla de & pares de polos que tiene 5& ranuras en el estator. >omba de pistones de C pistones RG- 61+++cpm =ompresor de tornillos de : entradas, RG- 61+++cpm
RESPUESTAS#
1.1
!na estrategia de mantenimiento preventivo no es eficaz para los rodamientos, debido a que la vida de ellos es mu" aleatoria, a#n para el caso de máquinas que traba$an en condiciones de operaci%n mu" estables.
1.&
a) 5++cpm, b) pp 6 57.55µm2 p 6 71.8µm2 R-' 6 &&,9µm2 R-' 6 1.:1mm*s2 /o 6 +.+1&8g2 /R-' 6 +.++;1g. c)
1.7
d)
'i. ?a tendencia característica de las vibraciones en las máquinas es que el valor de los desplazamientos disminu"an al aumentar la frecuencia, el valor de la aceleraci%n vibratoria aumente al aumentar la frecuencia, mientras la velocidad presenta el espectro más plano.
1.:
a)
1.57 x 1+ (<*m)2 b) 9:98(cpm)
1.9
(a) (b) (c) (e)
con con con con
1.5 1.C 1.8 1.;
c) c) b) /pico 6+ .7979 (g) , f 6 &.9 Dz 2 pico 6 711.; (mm*seg). alor excesivo debido a que a ba$as frecuencias es anormal tener una aceleraci%n de + .7979 (g) a)
&.1
8
(:) (7) (&) (1)
&.&
'i, pues el rotor tiene comportamiento de rotor rígido de acuerdo a F'0 117:& H-étodos " criterios para el balanceamiento de rotores flexiblesI.
&.7
a) &.9+C (gr ⋅mm) por plano de correcci%n. c) ?as normas especifican el desbalanceamiento admisible. En terreno se mide sin embargo, vibraciones. Estos valores se relacionan a través de los coeficientes de influencia (valores que entregan los recolectores de datos comerciales).
&.: 7.1 7.& 7.7
a) & planos2 b) &C,&(gr)2 c) &+7& grKmm por plano c) b) Lodas son verdaderas
7.:
a)>uena /, aunque no es aplicable a máquinas que giran ba$o 1+Dz .b)/ceptable >
7.9 7.5 7.C 7.8
a)'atisfactoria > b)Fnsatisfactoria para una operaci%n continua de la máquina durante un tiempo prolongado de funcionamiento = 8++ líneas a) +,:seg2 b) 7+ =on 5:++ líneas, L 6 19,75seg.
:.1 :.& :.7 :.:
e) b) c) a) i) =omponentes a 18+(cpm), por ser subsincr%nica " tener arm%nicos o m#ltiplos, debe ser un problema de correas daOadas. ii) =omponente a 1+++(cmp) desbalanceamiento residual del ventilador. 'us arm%nicos a &+++ " 7+++ (cpm) de valores pequeOos respecto a la 1 x rpm pueden deberse a las noBlinealidades en el comportamiento del rotor o a pequeOas asimetrías del ventilador. iii) =omponente a 1:C+(cpm) debido al desbalanceamiento residual del motor. ?a vibraci%n es transmitida por las correas iv) 8+++(cpm), frecuencia de paso de los álabes debido a las pulsaciones de presi%n generadas en el ventilador. b) ii), iii), iv) son vibraciones normales para esta unidad. 'in embargo el valor de la componente a 1+++(cpm) puede estar alta " sea necesario balancear el ventilador. El valor para el cual es necesario balancear la unidad es determinado de acuerdo a lo indicado en &.7 b)
:.9
b) /unque 78++(cpm) coincida con el >GA0 o >GAF, no es un problema de rodamientos picados, debido a la ausencia de arm%nicos.
:.5 :.C :.8 :.; :.1+
e) b) d) e) 1) &) 7) :) 9) 5)
a) o b) c) a) o b) d) b) a) o b)
:.11 a) =ortar la potencia de la máquina mientras se está recolectando espectros en forma continua. ?as componentes que desaparecen de inmediato al cortar la corriente son de origen eléctrico. b) Fr aflo$ando los pernos basales de a uno. =uando se suelta el perno que distorsiona la carcaza de la máquina desaparecen las vibraciones que este problema genera. c) /nalizando la presi%n dinámica del fluido medida en la tubería de descarga de la máquina usando un sensor de presi%n dinámica " el recolector*analizador de datos.
