Análisis De Vibraciones
LABORATORIO LA BORATORIO 3 “Balanceo”
NOMBRE: Vladimir Gutiérrez Mendoza CARRERA: Ingeniería Mecánica en Mantenimi Mantenimiento ento Industrial ASIGNATURA: Análisis de Vibraciones Vibraciones PROFESOR: Francisco Díaz FECHA: 02 de junio de 2016
Índice: 1. Introducción. Introducción .
Pág. 3
2. Objetivos.
Pág. 4
3. Características Características Técnicas.
Pág. 5
4. Descripción Descripci ón del método de análisis
Pág. 10
5. Norma ISO 10816-3.
Pág. 13
6. Informe de Mediciones.
Pág. 14
7. Informe de Equilibrado
Pág. 15
8. Descripción Descripci ón y Análisis de Tarea de Equilibrado
Pag. 20
9. Conclusiones. Conclusione s.
Pág. 23
10. Cotizaciones.
Pág. 24
11. Anexos.
Pág. 29
12. Bibliografía y Web grafía.
Pág. 33
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Índice: 1. Introducción. Introducción .
Pág. 3
2. Objetivos.
Pág. 4
3. Características Características Técnicas.
Pág. 5
4. Descripción Descripci ón del método de análisis
Pág. 10
5. Norma ISO 10816-3.
Pág. 13
6. Informe de Mediciones.
Pág. 14
7. Informe de Equilibrado
Pág. 15
8. Descripción Descripci ón y Análisis de Tarea de Equilibrado
Pag. 20
9. Conclusiones. Conclusione s.
Pág. 23
10. Cotizaciones.
Pág. 24
11. Anexos.
Pág. 29
12. Bibliografía y Web grafía.
Pág. 33
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1 Introducción Desbalance Se dice que una pieza se encuentra desbalanceada cuando su centro de masa (centro de gravedad) no coincide con su centro geométrico. Esta condición es causada por una distribución desigual del peso del rotor alrededor de su centro geométrico. Supongamos una pieza que ha sido fundida, por lo tanto tiene uno o varios poros. En este caso, el centro geométrico de la pieza no coincide con el centro de masa, por lo cual, la pieza se encontrará inherentemente desbalanceada.
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2 Objetivos En esta experiencia de laboratorio, los objetivos a cumplir son: Objetivo general •
Diagnosticar estado de los ejes
Objetivos específicos • •
Medir balanceo en los ejes Obtener espectros y comparar con espectro patrón
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3 Características técnicas. BANCO DE PRUEBA.
a) MOTOR ELÉCTRICO. b) BANCO DE ESTRUCTURA METÁLICA SIN FIJACIÓN AL PISO. c) VARIADOR DE FRECUENCIA. d) ACOPLAMIENTO MOTOR –EJE. e) DOS EJE DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA. f) SOPORTES DE RODAMIENTOS. g) DOS RUEDAS DENTADAS (ENGRANAJE RECTO). h) DOS POLEAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA. i) INSTRUMENTO DE MEDICION. MOTOR ELÉCTRICO.
Motor eléctrico monofásico marca Vemat, de fabricación italiana. Modelo VMB808, motor asincrónico. Potencia: 0.79 kw - 1,07Hp Cos : 0.95 T° Ambiente: 22°C RPM: 1350 Hz: 50 Voltaje: 220V Amperaje: 5-60 Peso: 1,51 kg
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BANCO METÁLICO
Banco de estructura metálica sin fijación al piso.
VARIADOR DE FRECUENCIA.
Variador de frecuencia Marca Danfoss. Un variador de frecuencia (siglas VFD, del inglés: Variable Frequency Drive o bien AFD Adjustable Frequency Drive) es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Permite: (a) Reducción de picos de demanda eléctrica. (b) Prolongar la vida útil de la maquina al no verse sometida a partidas bruscas. (c) Reducción de estrés mecánico ACOPLE MOTOR –EJE. Los acoplamientos tipo muelas, son dispositivos que permiten la transferencia de la potencia de un motor, para este caso eléctrico y un eje transmisor. Las ventajas de este tipo de acoples que es de fácil y rápido ensamble, pero las desventajas es que su unión tiene ciertas holguras que finalmente con los giros o partidas repentinas del motor comienzan a transferir desalineaciones entre ambos elementos y vibraciones indeseable
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EJES DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA.
Vástago metálico, que gira sobre su propio asiento (cojinete), que se considera fijo, cumple la función transmitir un par motor. Los ejes en estudio tienen 25,1 ± 0,01 mmᴓ. Giran sobre 4 soportes que contienen rodamientos y por su interior se aloja el eje transmisor.
SOPORTES DE RODAMIENTOS
Los soportes son los alojamientos de los rodamientos que para esta máquina pueden ser del tipo bola o de rodillo. Un rodamiento radial es el que soporta esfuerzos radiales, que son esfuerzos de dirección normal a la dirección que pasa por el centro de su eje, como por ejemplo una rueda; es axial si soporta esfuerzos en la dirección de su eje, como por ejemplo en los quicios o bisagras de puertas y ventanas; y axial-radial si los puede soportar en los dos, de forma alternativa o combinada. DOS RUEDAS DENTADAS (ENGRANAJE-RECTO). Dos ruedas dentadas de 205 mm ᴓ y 145 dientes se comunican a través de su diámetro exterior y sus dientes los que transmiten el movimiento de una a la otra, esto se conoce como rueda conductora y rueda conducida. DOS POLEAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA Nota: Una de las poleas se encuentr a rota
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INSTRUMENTO DE MEDICION
Fag detector III. Este equipo en su interior incorpora: (i) Unidad base con acumulador. (ii) Acelerómetro con base magnética para asegurar su fijación. (iii) Sensor de temperatura infrarrojo. (iv) Cargador de batería. (v) Cable de conexión al computador. (vi) Manual de operación. (vii) Software del equipo trendline. (viii) Maleta. Fotocelda.
MINI-BEAM SM312 DC Series Visión de conjunto 10 a 30 V de tensión de alimentación de CC con salidas PNP / NPN bipolares Disponible en plástico oposición, oposición clara, retrorreflectante polarizada y no polarizada, convergente, difuso y difuso divergente y vidrio o modos de detección de fibra óptica de plástico Modelos convergentes y de fibra óptica con rojo infrarroja o visible, azul o verde LED fuente de luz, dependiendo de la aplicación Modelos de modo opuesto para la detección de plástico transparente 18 mm de cañón con rosca o de opciones de montaje del lado Serie QS18
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Soporte de Fotocelda.
Es de vital importancia en el trabajo de balanceo una buena elección de un soporte para la fotocelda que se ocupara, este deberá contar el ángulo necesario para realizar un buen enfoque sobre la reflectante o target del conjunto rotativo, el cual se está balanceando, esto nos evitara problemas al obtener la fase de desbalance y realizar tomas de mediciones falsas. Balanza
CM Balanza de bolsillo Kern Descripción del producto:
Display LCD retro iluminado con altura de dígitos 12 mm - Tapa abatible como protección contra presión y polvo. Con calculadora de bolsillo integrada. - Lista para el uso. Pilas del tipo AAA (2x 1,5 V) incluidas. Función de auto desconexión (AUTO-OFF) para ahorrar energía tras un lapso de 4 min. sin alteración de peso. DETECT3-KIT*
Suministro: Dispositivo base con baterías Lector electromagnético de aceleraciones IC, con base magnética Sensor de temperatura Cargador de baterías Cables de datos para PC (serial/USB) Manual de instrucciones Bolsa de protección Software Trendline para PC Maleta
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4 Descripción del método de análisis.
a) Paso 1: Cargar programa Detector Flash Updater 3 en PC.
b) Paso:2 Crear la base de datos de los puntos de medición.}
c) Paso 3: Traspasar la base de datos al equipo
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d) Paso 4: Se calibra el variador de frecuencia velocidad a 53.1Hz. Y se da encendido al banco de prueba
e) Paso 5: Se mide el rpm con un tacómetro, la medición arroja 1576 rpm, medidos en la polea conductora.
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f) Paso 6: Medición. Se toma medición en soporte 1 y 2: (Vertical, Horizontal, Axial)
Medición Vertical
Medición Horizontal
Medición Axial
g) Paso 7: Medición de soporte 2, vibraciones y balanceo.
h) Paso 8 : Se traspasa los datos del instrumento medidor al software, para comenzar analizar las formas de ondas y espectros, luego de contrasta según norma ISO10816-3
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5 Norma ISO10816-3
Tabla de severidad de daños por vibración CONSIDERACIONES DE LA ISO 10816-1 Para conocer la necesidad, se debe llevar a cabo un análisis adecuado, permitirá valorar si las vibraciones producidas son elevadas, en cuyo caso habrá que conocer el tiempo máximo que nos permite trabajar bajo esas condiciones o sí, por otro lado, se encuentra dentro de los parámetros de tolerancia o normalidad. Existen diversas técnicas que se utilizan para realizar el estudio previo. En este sentido, se puede realizar un análisis del historial del funcionamiento dela maquina durante un periodo relativamente extenso con la finalidad de encontrar patrones de frecuencia de fallas. De no contar con este historial lo más adecuado será homologar el tipo de máquina y su función a otra y determinar si está operando de patrones conocidos de forma de evaluar los niveles de vibraciones o si existen diferencias.
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6 Informe de Mediciones a 1576 RPM Espectro:
Interpretación:
Rodamiento desalineado en el eje
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El rodamiento desalineado generará una considerable vibración axial. Ocasionará movimiento de torsión con un desplazamiento de fase de aproximadamente 180º de la parte superior a la inferior y/o de un lado a otro, tal como se mide en sentido axial en el soporte del mismo rodamiento. Los intentos por alinear el acoplamiento o equilibrar el rotor no aliviarán el problema. Normalmente será necesario desmontar el rodamiento y volverlo a instalar correctamente.
7 Informe de Equilibrado
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8 Descripción y Análisis de Tarea de Equilibrado. La experiencia consiste en comenzar las mediciones con el instrumento el cual detecta la velocidad de rotación a través de la fotocelda y la banda magnética adosa a la polea registrando una velocidad de 1576 rpm. De acuerdo a la configuración del instrumento tenemos que el sensor 2 se encuentra a la izquierda (270°), sensor 1 arriba (0°), disparador arriba (0°). Instrumento registra una amplitud y fase con valores estables.
SENSOR 1
DISPARADOR
0°
SENSOR 2
BANDA MAGNETICA 90°
270°
180°
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Posteriormente se requiere agregar valor de peso, para lo cual se utiliza la balanza digital manual y se pesa perno, con el cual se realizará la experiencia de desbalanceo. El valor de la medición es de 21 gr, este valor se inserta al instrumento, y se detiene el banco de prueba. Se inserta un perno, agregando la masa de 21 gr a 90° y se enciende nuevamente el banco de prueba para medir el desbalanceo. 0° PERNO (MASA 21 gr)
270°
90°
180°
Inmediatamente encendido el banco de prueba se aprecia un aumento importante del ruido y vibración que genera el desbalanceo la cual se propaga por todo el banco de prueba. Esto provocara un progresivo daño en el soporte 2. En las mediciones que arroja el instrumento se detecta un aumento considerable de la amplitud. El instrumento realiza una propuesta de peso en el ángulo de 270° de 29 gr. Se realiza la compensación o equilibrado del sistema, insertando un segundo perno de 21 gr en 270°. Esto significa que habrá un desbalance de 7 gr en el rotor. 0° PERNO 1 (MASA 21 gr)
PERNO 2 (MASA 21 gr) 90°
270°
180°
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Inmediatamente agregada la segunda masa se aprecia una disminución del ruido y vibraciones, llevando el sistema a su balanceo.
0°
90°
270° ANGULO RESULTANTE 251° 180°
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9 Conclusiones:
De acuerdo a los objetivos planteados y la experiencia en taller podemos aseverar conocer la metodología para un correcto análisis de vibraciones, identificando claramente el instrumento y su acelerómetro, reconociendo su modo de aplicación en cada medición. Se adquirió el conocimiento para diagnosticar el estado de los ejes, medir desbalanceo y aplicar metodología de equilibrado. Además, se obtiene conocimiento de programa generador de espectros y se comparan con los patrones de referencia. Información para la instalación y manejo del software de gestión, además de estudiar y analizar en su contexto los resultados de los gráficos, los cuales nos llevan a la siguiente conclusión diagnostica y presentar su potencial solución Para el soporte 2, se detectó rodamiento desalineado en el eje, se sugiere desmontar el rodamiento y volverlo a instalar correctamente.
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10 Cotizaciones:
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11 Anexos: COSIDERACIONES DE SEGURIDAD Para el desarrollo de la experiencia es estrictamente necesario considerara los siguientes aspectos de seguridad. 1. Realizar el trabajo con mucha concentración, ya que existe la posibilidad de atrapamiento por equipo en movimiento. 2. El acercamiento del acelerómetro debe realizarse de forma pausada y procurando que el cable no tenga contacto con las partes en movimiento, pudiendo este enrollarse en el eje que gira. 3. Esta operación no se puede ejecutar con ropa suelta y con accesorios colgantes de muñeca o brazo, por el potencial riesgo de atrapamiento por equipo en movimiento. 4. Para la ejecución de la medición es necesario proteger manos con guante adecuado para evitar cortes, golpes o raspaduras por equipamiento en movimiento. 5. La manipulación del variador de frecuencia, se debe ejecutar con guantes dieléctricos, por potencial de electrocución con equipo energizado
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Causas de desbalance: Un cierto grado de desbalance en cualquier tipo de máquina rotativa es inevitable. Los diseñadores de máquinas las especifican con tolerancias de diseño, maquinado y ensamblaje, tales tolerancias pueden producir algún tipo de desequilibrio o desbalance. Adicionalmente, se puede presentar desbalance debido a pequeñas variaciones dentro de la composición metalúrgica del rotor (inclusiones, poros, etc.). Aún cuando, la mayoría de los rotores son balanceados por el fabricante después del proceso de manufactura y antes de ser utilizados ya armados en sus respectivas máquinas. El paso del tiempo y ciertas condiciones en el proceso de montaje, inciden en que la máquina vibre y que sus componentes deban ser re-equilibrados. El punto pesado (heavy spot) identifica la posición angular del desbalance en una pieza. Para representarlo en un gráfico se necesita mostrar su magnitud, la distancia desde este punto al centro geométrico de la pieza y su dirección (usualmente expresada en grados angulares con respecto a un punto definido de referencia sobre el eje). Así por ejemplo en el disco mostrado anteriormente:
Desbalance = 28 g x 152 mm = 4256 g.mm
La foto nos muestra un impulsor de bomba del servicio de la empresa de agua potable equilibrándose en una máquina balanceadora.
Impulsor de bomba en máquina balanceado 30
Norma ISO para evaluar la calidad de desbalance: La figura siguiente nos introduce dentro de las normas para evaluar si una pieza o componente de máquina se encuentra balanceada (equilibrada) adecuadamente. La norma comúnmente utilizada para evaluar la severidad del desbalance es la ISO 1940.
Primeramente, tenemos que recalcar que toda pieza rotatoria, aún cuando haya sido confeccionada guardando el mayor cuidado, siempre presenta desbalance. Este desbalance residual, dependiendo del tipo de pieza, de su peso y de su velocidad, debe ser menor al desbalance máximo fijado por la norma. La norma clasifica las piezas rotatorias según sus aplicaciones, así por ejemplo: G-40: Es la norma válida para llantas de automóvil Cigüeñales de motores de cuatro tiempos con 6 o más cilindros G-16: Ejes de cardanes Partes de maquinaria agrícola Componentes individuales de máquinas (gasolina o diesel) para carros Camiones y locomotoras Cigüeñales de máquinas con seis o más cilindros bajo condiciones especiales G 6.3: Partes de maquinaria de proceso Engranajes de turbinas de uso marino
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G 2.5: Componentes de turbinas a gas o vapor Rotores de turbo-generadores Turbo-compresores Máquinas herramientas Pequeñas armaduras eléctricas Turbo-bombas G 1: Tocadiscos y fonógrafos Armaduras eléctricas pequeñas con requerimientos especiales Así por ejemplo, si el impulsor de una bomba tiene un desbalance de 50 onz.-plg, tiene un peso de 1000 libras y su velocidad de giro es 1000 rpm. Considerando también que siendo dicho impulsor de una bomba de maquinaria de proceso, la norma apropiada sería la ISO G 6.3, para 1000 rpm, el máximo valor de desbalance permisible es de 38 onz-plg, por lo que se concluye que la bomba se encuentra desequilibrada. Como se puede observar de la gráfica, la norma nos da el valor de desbalance máximo para un rotor que pese 1000 libras, para rotores más livianos o pesados, el desbalance tolerable subirá o bajará correspondientemente.
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