CAPITULO VI INTERPRETACION DEL ESTANDAR ISO 10816 PARTE 6
INTERPRETACION DEL ESTANDAR INTERNACIONAL ISO – 10816 – PART 6 MAQUINAS RECIPROCANTES CON POTENCIAS SUPERIORES A 100 Kw INTRODUCCIÓN La Norma ISO – 10816 – 1 ofrece líneas generales para la evaluación de las máquinas de partes no rotativas. Esta Parte 6 de la Norma ISO – 10816, es un nuevo documento que establece procedimientos y líneas generales para la medición y clasificación de la vibración mecánica de máquinas reciprocantes. En general esta aplicación se refiere a la vibración de la estructura principal de la máquina y los valores dados para estas vibraciones son definidos básicamente para clasificar la vibración de la máquina y evitar problemas con el equipo auxiliar montado sobre su estructura. Esta norma también detalla las recomendaciones para la toma de mediciones y criterios de evaluación. Las características típicas de las máquinas reciprocantes son las masas oscilantes, la variación cíclica de los torques y de las fuerzas pulsantes en las tuberías del entorno. Todas estas características causan considerables fuerza alternantes sobre el soporte principal y amplitudes vibraciones sobre el monoblock. Estas vibraciones son normalmente mas altas que en las máquinas rotativas, sin embargo por su propio diseño, sus vibraciones tienden a permanecer mas constante a lo largo de la vida, comparadas con las máquinas rotativas. En el caso de las máquinas reciprocantes, las mediciones vibracionales se efectúan sobre la estructura principal (monoblock) y se cuantifican de acuerdo a esta norma, dará una idea general de los esfuerzos existentes y estado vibratorio de los componentes dentro de la máquina. Por ejemplo, la vibración torsional de las partes rotantes no pueden generalmente ser determinadas por mediciones en las partes estructurales de la máquinas. El daño, el cual puede ocurrir cuando se exceden valores basados en la experiencia con máquinas similares y sobretodo si tienen componentes montados, como son los turbocargadores, intercambiadores de calor, gobernadores, filtros, bombas, instrumentos, etc. La pregunta de cómo estos valores de vibración pueden dañar, dependerá del diseño de estos componentes y su forma de estar instalados. En algunos casos, mediciones especiales sobre cuantos componentes de máquinas serán requeridos para definir si los valores vibracionales son permisibles; sin embargo ha ocurrido problemas con valores medidos por debajo de los límites permisibles (componentes instalados sobre la estructura), sobretodo
para casos específicos de resonancia; pero en la mayoría de los casos, los límites permisibles han sido una buena guía. El término “severidad de la vibración”, caracterizará los valores vibracionales en máquinas de pistón reciprocante. Los valores vibracionales en máquinas de pistón reciprocante no solo se genran por anomalías en la propia máquina, sino también y muchas veces por su fundación / cimentación / nivelación. Desde que una máquina reciprocante puede actuar como un generador de vibraciones; podría ser necesario la instalación de aisladores de vibración entre la máquina y su fundación, pero debe tenerse en cuenta; que máquinas con aisladores de vibración dará como respuesta mayores vibraciones que esa misma máquina montada en una cimentación rigida (Factores de transmisibilidad / aislamiento).
MAQUINAS RECIPROCANTES CON POTENCIAS MAYORES A 100 Kw 1. ALCANCE Esta normativa especifica las condiciones generales y procedimientos para la medición y evaluación de la vibración, usando mediciones efectuadas sobre las partes no rotantes / no reciprocantes de la máquinas. Las vibraciones sobre el eje y las vibraciones torsionales están mas allá de los alcances de esta norma. Esta norma aplica a máquinas de pistón reciprocante ya sea con montajes rígidos o resilantes con potencias superiores a los 100 Kw. Ejemplos típicos serán los motores marinos de propulsión, motores marinos auxiliares, motores diesel de generación, compresores de gas y motores diesel para locomotoras. Los criterios generales de evaluación, los cuales cubren, tanto el monitoreo operacional y pruebas de aceptación. Estas pruebas también son usadas para asegurar que la vibración de la máquina no afecte adversamente a los equipos / componentes montados directamente sobre la máquina. También debe tomarse en cuenta a la maquinaria que conduce o es conducida por la máquina reciprocante, las mismas que deben ser evaluadas de acuerdo a los estándares relevantes y la clasificación de su servicio. Se sabe que el criterio de evaluación puede tener aplicaciones limitadas cuando se considera los efectos de los componentes internos de la máquina; como son los problemas asociados con válvulas, pistones, anillos, etc; que muchas veces no se reflejan en las medidas tradicionales. Investigación de estos problemas requieren técnicas de investigación especiales, las cuales están fuera de esta parte del ISO – 10816. El ruido también esta fuera del alcance de este estándar.
Esta estándar no aplica a máquinas instaladas en vehículos rodantes, como son los camiones, vehículos de pasajeros, tractores, etc.
2. NORMATIVA DE REFERENCIA Este estandar contiene provisiones que son parte del ISO – 10816, que al m omento de su publicación, se considera como edición válida. Todos los estandares están sujetos a revisión, por lo que periódicamente se debe revisar la última edición. ISO 2041 : 1990, Vibration and SOC – Vocabulary
3. DEFINICIONES Con el propósito de entender adecuadamente esta parte del ISO – 10816, las definiciones detalladas en el ISO 2041 y las que se indican a continuación, deberán tomarse en cuenta. 3.1.
Severidad Vibracional Un término genérico que designa un valor, o conjunto de valores, tales como el valor máximo, promedio o RMS, u otros parámetros que describen la vibración. También pueden referirse a valores instantáneos o valores promedios.
4. MEDICIONES 4.1.
Instrumento de Medición y Cantidades Medidas Los criterios para clasificar la severidad de la vibración para máquinas reciprocantes son especificadas en el punto 5. Esta clasificación están basadas en mediciones de valores totales de vibración en desplazamiento, velocidad y aceleración en un rango de frecuencias de 2 Hz a 1000 Hz. Es conocida que las principales frecuencias de excitaciónpara máquinas reciprocantes genralmente se ubican en el rango de 2 Hz a 300 Hz; sin embargo cuando se considera la máquina completa incluyendo el equipamiento auxiliar que es parte funcional de la máquina, un rango de al menos 2 Hz a 1000 Hz es requerido para caracterizar la vibración. Para propósitos especiales, un rango diferente puede ser acordado entre el fabricante y el cliente. Desde que la señal de vibración total contiene muchas frecuencias componentes, no existe una simple relación matemática entre los valores de vibración total RMS, Pico ó Pico – Pico, por lo que es conveniente considerar como sistema de medición preferente los valores totales en RMS de desplazamiento, velocidad y aceleración con una precisión de ± 10% sobre el rango de 10 Hz a 1000 Hz y una precisión de +10 / -20% sobre el rango de 2 Hz a 10 Hz.
Estos valores pueden ser obtenidos con un simple sensor, cuya señal es procesada para obtener por integración otras cantidades a medirse; por ejemplo, el acelerómetro a velocidad, un sensor de velocidad a desplazamiento. Debe tomarse en cuenta, que cualquier procesamiento de la señal no afecte adversamente la precisión requerido en el sistema de medición. Tanto la respuestas en frecuencia y las amplitudes de vibración medidas son afectadas por el método de instalar el transductor. Es especialmente importante mantener una buena fijación del transductor sobre la máquina cuando los valores de vibración son altos. Por ejemplo la ISO-5348 da las recomendaciones para el montaje de acelerómetros. 4.2.
Puntos y Dirección de Medición Para asegurar que la evaluación de las mediciones de vibración sea lo mas uniformemente posible y por lo tanto, se disponga de la mejor posible comparación entre las diferentes máquinas evaluadas considerar las posiciones de las mediciones especificadas en las figuras 1 a 3. Generalmente, las mediciones deben ser tomada en estos puntos y en las tres direcciones principales indicadas. Las máquinas presentadas en las figuras 1 a 3 son solo ejemplos. Para diferentes versiones de máquinas (por ejemplo en máquinas radiales), puntos de medición similares, aplicarán. Si la experiencia del fabricante y usuarios con máquinas similares indica puntos de severidad de máxima vibración, puede no ser necesario considerar todos los puntos especificados en las figuras mencionadas. Todas las posiciones accesibles donde se ubiquen los cojinetes que soportan carga, deben ser incluidos en las mediciones. Sin embargo para pruebas de aceptación, los puntos de medición que sean usados deberían ser acordados entre el fabricante y el cliente. Si varios puntos de medición son tomados en cuenta, para una investigación mas detallada o para propósitos comparativos, es recomendable considerar las figuras 1 a la 3. Cuando se seleccionan los puntos exactos de medición las restricciones de configuración e instalación de la máquina en particular, evaluada, deben tomarse en cuenta. Todos los puntos de medición serán seleccionados de tal forma que el transductor de vibración sean apropiadamente fijado a la estructura principal de la m áquina. Las mediciones vibracionales de los componente montados pueden dar información satisfactoria para prevenir su falla, sin embargo los valores referenciales indicados deberán considerar las posiciones dadas en las figuras 1 a 3 sobre la estructura principal de la máquina.
Ejemplo: El punto R3.1 y significa: -
Lado derecho
-
Tope extremo del block
-
Lado acoplamiento
-
Dirección horizontal
4.3.
Condiciones de Operación durante las Mediciones Las mediciones deberían ser tomadas cuando la máquina ha alcanzado sus condicones estables de operación.
(Ej. Temperatura normal de oerpación). La determinación de la
severidad vibracional de la máquina será basada sobre la máxima vibración que ocurra a plena potencia y rango de velocidad a operación normal. 4.4.
Registro de Resultados medidos Los registros de los resultados medidos deberán incluir datos esenciales de la máquina y el sistema de medición usado. Estos datos pueden ser reportados usando las Formas 1 y 2 del Anexo B, el cual puede servir como registro de mediciones.
5. CRITERIOS DE SEVERIDAD VIBRACIONAL Los grados de severidad vibracional son presentados numéricamente en la Tabla 1 y gráficamente en el Anexo C, para cuantificar la vibración, es necesario medir la vibración total RMS en un rango de frecuencias de 2 Hz a 1000 Hz; en desplazamiento, velocidad y aceleración. La severidad debe ser obtenida para cada uno de los mayores valores RMS en desplazamiento, velocidad y aceleración medidos en la estructura principal de la máquina. El grado de severidad vibracional de la máquina es el más alto de estos tres grados. Como ejemplo, los valores vibracionales obtenidos en la Tabla 2 fueron obtenidos en la posición R3.1 sobre la estructura principal de una máquina. Los correspondientes grados de severidad vibracional (de la Tabla 1) se presentan, entre corchetes ([ ]). Como conclusión, el grado de severidad de la máquina en esta posición, es el 28. Similarmente, las otras posiciones deberían ser revisadas para establecer el máximo grado de severidad vibracional de toda la máquina.
TABLA 1. GRADOS DE SEVERIDAD VIBRACIONAL (2Hz A 1000 Hz)
Nota: Los valores fueron obtenidos desde un desplazamiento constante en el rango de 2 Hz a 10 Hz, velocidad constante desde 10 Hz a 250 Hz y Aceleración constante desde 250 Hz a 1000 Hz.
TABLA 2. EJEMPLO DE VALORES VIBRACIONALES
Los valores de severidad vibracional asociados con un tipo particular de máquinas dependen de su tamaño y masa, las características del sistema de montaje y las condiciones de operación, etc. Es por lo tanto necesario tomar en cuenta los diversos propósitos y circunstancias concernientes cuando se aplica los grados de severidad vibracional. El máximo valor medida a lo largo de la longitud total de la máquina será usado para determinar la severidad vibracional. Los números de clasificación de la máquina reciprocante y sobre su entorno. El diseño y aplicación de estos elementos están fuera del alcance del presente estandar. Notas: -
Líneas generales para aisladores de vibración están dados en la ISO 2017
-
Líneas generales para efectos vibracionales en edificios están dados en el ISO 4866.
ANEXO A (Normativa) CLASIFICACION DE LA VIBRACION EN LAS MAQUINAS Los números que clasifican la vibración y valores guías para las máquinas reciprocantes están dados en la Tabla A.1. Los valores guías para evaluar la severidad vibracional en la estructura principal de la máquina y elementos auxiliares fijados a la máquina, pueden ser considerados. Una máquina reciprocante podría ser adecuadamente clasificada en más que una clase, dependiendo de su tipo, aplicación, tamaño, configuración, montaje rígido o flexible y velocidad. Por ejemplo, muchos de los motores diesel marinos e industriales pueden ser clasificados dentro de los números 5, 6 ó 7. Cuando sea posible y las circunstancias lo permitan, las recomendaciones para valores guías aceptables de severidad vibracional para tipos particulares de máquinas, serán elaborados, Mientras tanto, la clasificación de la máquina se definirá entre el fabricante y el cliente, usando la experiencia o resultados de la operación.
Tabla A.1 NUMEROS DE CLASIFICACION VIBRACIONAL Y VALORES GUIAS PARA MAQUINAS RECIPROCANTES
Leyenda A
:
La vibración de máquinas nuevas comisionadas normalmente estarán dentro de esta zona.
B
:
Máquinas con vibración dentro de esta zona normalmente son consideradas aceptables para operaciones de largo tiempo.
C
:
Máquinas con vibración dentro de esta zona, normalmente son consideradas no satisfactorias para operaciones continuas de largo tiempo. Generalmente la máquina puede ser operada por un período limitado bajo estas condiciones hasta que existe una oportunidad disponible para tomar acciones correctivas.
D
:
Los valores vibracionales dentro de esta zona son normalmente consideradas suficientes en severidad para causar daño a la máquina.
Nota: -
Los valores vibracionales para las máquinas reciprocantes puede ser más constantes a lo largo de la vida de la máquina, que en el caso de las máquinas rotativas. Por lo tanto, las zonas A y B son combinadas en esta tabla. En el futuro, cuando una mayor experiencia sea acumulada, los valores guías para diferenciar las zonas A y B serán provistos.
ANEXO B (Informativo) FORMATOS PARA MEDIR LA VIBRACION EN MAQUINAS RECIPROCANTES
ANEXO C (Informativo)
NOMOGRAMA DEL GRADO DE SEVERIDAD VIBRACIONAL El nomograma vibracional presentado en la Fig. C.1, muestra un rango de grados de severidad vibracional. Un sistema vibracional multifrecuencia no puee ser fácilmente clasificado sobre una escala discreta de frecuencia; por lo tanto los valores límites para cada grado son presentados inicialmente en la Tabla 1. Máquinas con una vibración multifrecuencia deberían por lo tanto ser clasificadas por comparación de las medidas totales de desplazamiento, velocidad y aceleración conforme a los valores indicados en la Tabla 1. Los grados de severidad son obtenidos de cada valor “mas alto” RMS en desplazamiento, velocidad y aceleración medidos sobre la estructura principal de la máquina. El grado de severidad vibracional de la máquina, es el más alto de estos tres grados. Nota: -
Si una máquina es conocida desde su análisis de frecuencia, por tener una sola componenete de vibración presente a una frecuencia particular, este puede ser clasificada usando directamente el monograma, con la asistencia de los parámetros de desplazamiento, velocidad o aceleración.
FIGURA C.1. NOMAGRAMA DEL GRADO DE SEVERIDAD VIBRACIONAL
ANEXO D (Informativo) BIBLIOGRAFIA (1)
ISO 2017 : 1982, Vibración y Shock – Aisladores – Procedimiento para especificar características.
(2)
ISO 2954 : 1975, Vibración mecánica de maquinaria rotativa y reciprocante – Requerimientos de la instrumentación para medir la severidad de la vibración.
(3)
ISO 4866 : 1990, Vibración mecánica y Shock – Vibración en edificios – líneas generales para la medición de vibraciones y la evaluación de sus efectos en los edificios.
(4)
ISO 5348 : 1987, Vibración mecánica y Shock – Montaje mecánico de acelerómetros.
(5)
ISO 8528 – 9 : 1995, Motores de combustión interna reciprocantes conduciendo generadores de corriente alterna – Parte 9 : Medición y evaluación de vibraciones mecánicas.
(6)
ISO 10816 – 1 : 1995, Vibración mecánica – Evaluación de la vibración de la máquina por mediciones sobre partes no rotantes – Parte 1 – líneas generales.
(7)
ISO 2954 : 1975, Vibración mecánica en maquinaria rotativa y reciprocante – Requerimientos de la instrumentación para medir la severidad de la vibración.
(8)
ISO 8528 – 9: 1995, Motores de combustión interna reciprocantes conduciendo generadores C.A. Parte 9 – Medición y Evaluación de vibraciones mecanicas.
