PARTE 3 MANTENIMIENTO VIBRACIONES.pdf

VIBRACIONES

VIBRACIONES Conceptos Análisis de Vibraciones Equipos Fallas Normas Resumen Fotografías

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CONCEPTOS GENERALES

Conceptos Generales Los movimientos que aparecen cuando una máquina se encuentra en rotación, es normalmente referido como “vibración”. La vibración es un movimiento oscilatorio, periodico, es decir vuelve por la posición inicial luego de cierto tiempo.

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CONCEPTOS GENERALES

Conceptos Generales Los movimientos que aparecen cuando una máquina se encuentra en rotación, es normalmente referido como “vibración”. La vibración es un movimiento oscilatorio, periodico, es decir vuelve por la posición inicial luego de cierto tiempo.

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Conceptos Generales

La vibración vibración puede tener como causa causa una amplia variedad de fallas o defectos. Generalmente la causa de la vibración vibración reside en alguna falla mecánica, y ocasionalmente puede ser eléctrica

Conceptos Generales Las vibraciones son fenómenos que aparecen en un sistema mecánico, y generalmente las máquinas no están proyectadas para “aguantar” esos fenómenos. En muchos casos, la vibración es una combinación compleja de varios varios origenes o fuentes, y se lo analiza como ondas superpuestas o mediante su descomposición de ondas. Raramente una vibración vibración es una onda senoidal simple.

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Conceptos Generales

Conceptos Generales Ondas: Las ondas son formas gráficas y matemáticas de representar una vibración. Las ondas normalmente se representan en un gráfico amplitud versus tiempo.

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Conceptos Generales Periodo (T): Es el tiempo que tarda el movimiento en volver al punto inicial. Se expresa en Segundos “S”. Frecuencia (f): Es la cantidad de veces que el movimiento se repite en la unidad de tiempo. T = 1 / f. Se expresa en Hz (Hertz) Fase: Es la posición relativa que se encuentra un punto de la máquina en un determinado instante.

Conceptos Generales Movimiento Periódico: Es el movimiento que se repite regularmente cada cierto tiempo. Movimiento Armónico Simple: Es cuando una masa tiene un movimiento periódico y cruza por un punto de referencia cero (0). Ej. Una masa colgada de un resorte. El MAS viene dado por la ec: x = A.sen ( ω.t + θ) “El periodo o la frecuencia es independiente de la amplitud”.

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Conceptos Generales Movimiento aleatorio: Es cuando no se puede predecir la manera con que el movimiento se comporta. Frecuencia Natural: Se llama así a la frecuencia con la que un cuerpo tiende a vibrar libremente si no se le perturba. Depende exclusivamente de las propiedades físicas y geométricas del cuerpo.

Conceptos Generales Resonancia: Ocurre en el cuerpo, cuando la frecuencia de perturbación de un agente externo, es igual a la frecuencia natural del cuerpo. Primero la amplitud crece gradualmente hasta hacerse teóricamente infinito y luego colapsa el sistema. Ejemplo: el hundimiento del puente colgante de Tacoma de EUA, donde la vibración originada por el viento era igual al natural y posteriormente colapsa el puente.

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Conceptos Generales Cinemática: La ciencia que estudia el movimiento sin considerar la causa. Velocidad: Es la variación de posición dividida entre el intervalo de tiempo. La rapidez es sinónimo, pero tiene en cuenta el recorrido y la velocidad solo tiene en cuenta los puntos de partida y llegada. La velocidad es un vector. Su modulo se expresa en km/h, m/s, ips, fpm. Tiene dirección y sentido definidos.

Conceptos Generales Aceleración: Es la variación de la velocidad en el tiempo. La aceleración también es un vector. Su modulo se expresa en m/s2, o a veces como múltiplo de g (gravedad). Tiene dirección y sentido definidos. La variación de la aceleración respecto del tiempo (Jalón ó Jerk) también nos dá una idea de percepción del fenómeno de impacto o del golpe generado en esas condiciones

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Conceptos Generales Dinámica: Es la ciencia que estudia la causa del movimiento. Cómo y por qué se aceleran la masa. Relaciona: Fuerza = masa x aceleración (movimiento). Fuerza = Cte x desplazamiento (resorte). Momento de una fuerza: Es la fuerza aplicada con un brazo de palanca. El momento de una fuerza respecto a un punto, o torque, es el producto del valor de la fuerza por la distancia del punto a la recta que contiene a la fuerza. Su unidad es Kgfxm, Lbxin Lbx ft

Conceptos Generales Leyes de Newton Primera: Si la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es cero, el cuerpo permanecerá en reposo o seguirá moviéndose a velocidad constante. Segunda: Una fuerza “F” aplicada sobre un cuerpo de masa “m”, le imprimirá al cuerpo una aceleración “a”: F=mxa Tercera: Cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro, este último también ejercerá sobre el primero una fuerza de igual valor o magnitud pero de sentido contrario (Acción vs Reacción).

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Conceptos Generales FFT: Se conoce con estas siglas a las transformadas rápidas de Fourier (Fast Fourier Transformer). Se utilizar para aplicar el principio de Fourier en el estudio de las vibraciones mecánicas, para la descomposición de una onda compleja en varias sinusoidales.

Conceptos Generales Fourier: Una onda de vibración que tiene una forma cualquiera, pero que sea periódico, puede ser descompuesta en la suma de varias ondas periódicas simples o senoidales. Espectro Vibratorio: Una forma conveniente de presentar los resultados de magnitudes es mediante un gráfico amplitudes versus sus frecuencias.

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Conceptos Generales Análisis en el dominio del tiempo y frecuencia: La vibración experimentalmente medible, observable, es una señal difícil de analizar en el dominio del tiempo (forma de onda), de ahí la necesidad de analizarlas en el dominio de las frecuencias. La descomposición de una vibración global o general en sus componentes que la forman, se llama análisis frecuencial o espectral.

Conceptos Generales

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Conceptos Generales

Conceptos Generales Cuando se presentan diferentes tipos de vibraciones, tanto en el dominio del tiempo como de frecuencias, se pueden señalar: - Si la vibración es senoidal (dominio tiempo) entonces su espectro esta compuesto por una raya a la frecuencia fo = 1 / To de la senoidal. - Si la vibración es periódica (forma se repite cada To), entonces su espectro esta compuesto por una serie (de Fourier) de componentes senoidales a frecuencias múltiplos de fo = 1 / To. La componente de menor frecuencia fo, se llama fundamental y las otras armónicas de fo.

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Conceptos Generales Si la forma de vibración no es periódica, entonces su espectro es continuo en un determinado rango de frecuencias. Ejemplos: Una vibración transiente, causado por un impacto, tiene un espectro continuo, en un determinado rango de frecuencias, por lo que el espectro se llama también de banda angosta. Una vibración aleatoria, tiene un espectro continuo en un amplio rango de frecuencias, teóricamente hasta el infinito, y se lo llama espectro de banda ancha, y si es de ancho infinito, se llama ruido blanco

Conceptos Generales Las mediciones de las vibraciones, pueden arrojar valores globales, valor pico a pico, y rms o eficaz. Valor Pico: es necesario cuando ser quiere caracterizar vibraciones de naturaleza impulsiva o cuando se quiere evaluar la sobrecarga que generan las vibraciones del rotor en los descansos hidrodinámicos. Valor Pico a Pico: se usa cuando medimos desplazamientos relativos, ej.: un muñón dentro de un descanso hidrodinámico. Valor RMS o Eficaz: toma en cuenta el historial (tiempo entre los picos) de la vibración, entrega una estimación de la energía de la vibración y por tanto la severidad de la misma.

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Conceptos Generales El cociente entre los valores pico y eficaz, se conoce como Factor de Cresta. Pueden haber diferentes valores de cresta para un mismo valor de pico y varias formas de onda.

Conceptos Generales Si se tiene la función: v = Vo + Σ Vn.sen(n.ω.t+Φn) El valor rms se obtiene de: Vrms = (Vo2 + ½.V12+½.V22+....)1/2

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ANÁLISIS DE VIBRACIONES

Análisis de Vibraciones Las causas de las vibraciones, son muchas, pero básicamente se encuentran estrechamente relacionadas con tolerancias de mecanización, desajustes, movimientos relativos entre superficies en contacto, desbalanceos en rotación, etc. Los fenómenos mencionados, producen casi siempre un desplazamiento del sistema desde su posición de equilibrio estable originando una vibración mecánica.

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Análisis de Vibraciones Las vibraciones son indeseables porque:  aumentan los esfuerzos y tensiones  pérdida de energía  desgaste de materiales  daños por fatiga  ruidos molestos.

Análisis de Vibraciones Para corregir esta condición indeseable, nos valemos de:   

operativa

mediciones análisis o diagnóstico de las mediciones implementación de las recomendaciones

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Análisis de Vibraciones Mediciones Antes de realizar las mediciones, se deben definir los siguientes aspectos:  equipos críticos,  adquisición de datos de equipos,  rutas de mediciones,  puntos de mediciones,  frecuencias de las mediciones,  niveles de alarmas,

Análisis de Vibraciones MEDICIONES

Los equipos críticos, deben ser definidos por el usuario, y/o mantenimiento, de manera a abarcar todas las máquinas que puedan tener incidencias fuertes en la operación y el mantenimiento de la planta. No es necesario que todas las máquinas estén incluidas, pues existen algunas de muy bajo costo.

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Análisis de Vibraciones MEDICIONES Las rutas de mediciones abarcan un grupo de máquinas cuya referencia pueden ser, tipo de máquinas, o por ubicación, o por sectores de la planta, etc. Por lo general, se definen por plantas, luego por sector, ubicación y finalmente por tipo de máquinas

Análisis de Vibraciones MEDICIONES Los puntos de mediciones de los equipos, son definidos por el analista de vibraciones, conjuntamente con mantenimiento de planta, en los casos de máquinas complejas.

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Análisis de Vibraciones MEDICIONES La frecuencia de las mediciones por lo general es mensual, pudiendo ajustarse dicho intervalo en función de varios parámetros (ocupabilidad, tasa de falla, análisis de tendencias, etc.) y las recomendaciones de normas internacionales.

Análisis de Vibraciones MEDICIONES Los niveles de alarmas de valores de las mediciones de los equipos, por lo general son definidos por normas internacionales, y en algunos casos por recomendaciones de fabricantes. En muchos casos, existen equipos con niveles de vibraciones bajos y fallan aun estando dichos valores bajos, de ahí la importancia del análisis del comportamiento de los valores (histórico). Por otro lado, algunas máquinas vienen de fábrica con niveles altos de vibraciones, por encima de lo definido en normas internacionales.

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Análisis de Vibraciones MEDICIONES Análisis del comportamiento de valores de vibraciones de una máquina

EQUIPOS

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EQUIPOS Las mediciones de vibraciones se realizan mediante: Hardware

Captación de Señal Colector de Datos

Equipo Software

Decodificación de Señales Análisis de los datos

EQUIPOS Los Sensores de vibraciones, son dispositivos transductores que captan la señal física de vibración, y la convierte en señal eléctrica proporcional. Tipos de Sensores: • • • •

Sensor de desplazamiento relativo sin contacto. Sensor de desplazamiento relativo con contacto. Sensor de velocidad o velocímetro. Sensor de aceleración o acelerómetro.

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EQUIPOS Sensores de contacto:

desplazamiento

relativo

sin

Mide la distancia relativa “d” entre la punta del sensor y el blanco a medir (eje). Hay diversos principios de funcionamiento, sin embargo, el más utilizado es el de las corrientes parásitas o de Foucalt (eddy current)

EQUIPOS Sensores de contacto:

desplazamiento

relativo

con

Son de tecnología antigua. Se utilizan cuando el anterior sensor no aplica (eje no conductor). Se instala el sensor de dos maneras: - mediante la fijación a un palo que esta en contacto con el eje, - como un vástago en contacto directo con el eje.

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EQUIPOS Sensores de velocidad o velocímetro: Existen dos tipos: 1) Sensor Sísmico 2) Sensor Piezoeléctrico. El primero es el más usado. El sensor sísmico tiene una bobina fija a la superficie en movimiento relativo a un imán permanente fijado a una masa sísmica “M”. Cuando la bobina se mueve se genera un fem proporcional a la velocidad del movimiento (Caso parlante/micrófono). El sensor piezoeléctrico es un acelerómetro con integrador incorporado.

EQUIPOS Sensores de velocidad o velocímetro:

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EQUIPOS

Sensores de aceleración o acelerómetro: El más usado es del tipo piezoeléctrico. Utilizan propiedades piezoeléctricos de ciertos materiales (cuarzo). Se compone de varios discos de cuarzo, apoyados sobre una masa M y esta masa, se apoya sobre la base mediante un resorte, fijada al eje en movimiento. El sensor puede tener preamplificador incorporado o no.

EQUIPOS Sensor de aceleración o acelerómetro:

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EQUIPOS Consideraciones importantes para selección del Sensor o acelerómetro: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Rango de frecuencias típico. Sensibilidad típica. Rango Dinámico. Sensibilidad Transversal. Sensibilidad a la humedad. Sensibilidad a la deformación de la base. Sensibilidad magnética. Rango de temperatura usable. Sensibilidad a los ruidos acústicos.

EQUIPOS Rango de frecuencias típico: Es el rango entre la menor y mayor frecuencia de la vibración que puede medir sin atenuar.

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EQUIPOS

Sensibilidad típica: Es la razón entre el voltaje de salida del sensor y la vibración que provoca esa salida. Ej. 100 mV/g

EQUIPOS

Rango Dinámico: Es el rango de amplitudes para el cual el sensor tiene una respuesta lineal entre la salida eléctrica y el parámetro vibratorio medido. Ej. 1:10 6

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EQUIPOS Sensibilidad transversal: Es el porcentaje de vibración que mide el sensor cuando este actúa en una dirección perpendicular a su eje. Ej. 3 a 5 %

EQUIPOS Sensibilidad a la Humedad: Es el grado que el sensor puede ser afectado en su comportamiento, particularmente a bajas frecuencias (bajo 3000 CPM), si no están certificados como herméticamente sellados.

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EQUIPOS Sensibilidad a la deformación de la base: Es el grado en que afecta la deformación de la base al desempeño del dispositivo, se expresa en g/deformación unitaria, para reducir este efecto, la base es de suficiente espesor.

EQUIPOS Sensibilidad Magnética: La interferencia del campo magnético puede afectar el comportamiento del sensor, cable e instrumento. Los sensores que no son blindados, son afectados. Los piezoeléctricos son menos sensibles (1 a 20 micro m / Gauss)

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EQUIPOS Rango de temperatura de uso: Son los valores de temperatura mínima y máxima a que un sensor puede estar sometido sin que afecte significativamente sus capacidades de respuesta.

EQUIPOS Sensibilidad a los Ruidos Acústicos: Las vibraciones inducidas en las estructuras normalmente son más significativas que aquellas debido a la excitación transmitida por el aire.

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EQUIPOS Colector de Datos Es un aparato que decodifica la señal eléctrica analógica, la digitaliza y guarda los valores medidos. Los colectores van conectados al sensor, y una PC para bajar los datos y facilitar el análisis de las mediciones.

EQUIPOS Colector de Datos Existen colectores que también permiten realizar análisis de las mediciones mediante una pantalla. Todos los ajustes, definiciones de valores de alarmas, parámetros a medir, etc. deben ser definidos previamente en PC y luego se carga al Colector la ruta de medición a ejecutar.

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EQUIPOS Software de Mantenimiento

EQUIPOS Software de Mantenimiento

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EQUIPOS Software de Mantenimiento El software de mantenimiento, permite realizar análisis en dos modos: 1) de rutina, denominado MPM, y 2) especifico o fuera de ruta AV. El software almacena los datos de mediciones anteriores y permite analizar las tendencias. Las operaciones del programa, son de fácil comunicación, tipo ambiente windows

FALLAS

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FALLAS Causas de las Vibraciones Imperfecciones en la Máquina Diseño Ensamblaje Fabricación Instalación Operación Mantenimiento

FALLAS Diagnóstico de Mediciones Problemas mas comunes que generan Vibraciones Desbalanceo Desalineación Poleas y correas desgastadas Defectos de rodamientos Ejes torcidos Fuerzas Hidraulicas y Aerodinámicas Fuerzas de Reacción y Reciprocantes Rozamientos y Fuerzas Friccionales Problemas de Engranajes Deformación de Carcazas y alojamientos Algunos problemas eléctricos

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FALLAS Diagnóstico de Mediciones Algunos Problemas que amplifican las Vibraciones, más no lo producen Resonancia estructural Aflojamiento

FALLAS Diagnóstico de Mediciones DESBALANCEO Ocurre cuando el centro geométrico no coincide con el centro de gravedad o de masa. El desbalanceo es a causa de asimetría del rotor, centro de masa desplazado, y material no homogéneo.

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FALLAS Diagnóstico de Mediciones DESBALANCEO El desbalanceo dá origen a una vibración bien definida y su frecuencia coincide con la rotación de la máquina (1xRPM). La amplitud en 1xRPM no solo puede deberse al desbalanceo, puesto que la desalineación también lo provoca, asi cuando la estructura se encuentra floja.

FALLAS Diagnóstico de Mediciones DESALINEACION Dos componentes están desalineados cuando las líneas de los ejes de ambos no coinciden.

Desalineación Paralela

Desalineación angular

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FALLAS Diagnóstico de Mediciones

DESALINEACION Representación espectral de una desalineación. La desalineación puede ser también combinada (angular + paralela)


EJE ENCORVADO Cuando el eje del rotor se encuentra encorvado o torcido. En el espectro está definido el valor de 1xRPM así como para el caso del desbalanceo

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POLEAS Y CORREAS Cuando se tienen correas, ella en su rotación genera vibraciones que pueden ser mal interpretadas como desbalanceo, sin embargo, la vibración en este caso es unidireccional y varia con la carga.


POLEAS Y CORREAS Algunos problemas que pueden destacarse en acoplamientos con poleas y correas: Mal acopladas o gastadas: La vibración es alta en dirección de las correas, puede ser inestable su amplitud y pulsante si la frecuencia de la correa esta cercana a la velocidad de los ejes. En el espectro predomina normalmente la 2da armónica.

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POLEAS Y CORREAS Mal acopladas o gastadas (cont) Las causas pueden ser grietas, puntos altos, gomas duras o blandas, variaciones en el ancho de correa en V. F correa= Velocidad Longitud


POLEAS Y CORREAS Poleas Desbalanceadas o excéntricas La vibración se presenta de la misma manera que el desbalanceo ya visto. Correas o Poleas Desalineadas La vibración se predomina en el plano axial, en 1xRPM, de amplitud estable.

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POLEAS Y CORREAS Resonancia de la Correa En el espectro de la vibración aparece un pico cercano al 1xRPM


PROBLEMAS DE ENGRANAJES Las deficiencias en las ruedas de engranajes producen vibraciones de alta frecuencia y bajos niveles de energía, difíciles de interpretar. La frecuencia de enlace o hermanado de engranajes GMF (Gear Mesh Frequency) es igual al producto del nº de diente por los RPM del engranaje.

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PROBLEMAS DE ENGRANAJES Dientes con mala terminación o error de transmisión Alto GMF y armónicas, en planos radial y axial para engranajes rectos y helicoidales respectivamente


PROBLEMAS DE ENGRANAJES Otros problemas con engranajes son: Distancias entre centros incorrecto.  Desbalanceo de masas.  Desalineación.  Falta de dientes o dientes defectuoso. 

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PROBLEMAS DE RODAMIENTOS

Rodamiento a bolas Rodamiento a rodillos


PROBLEMAS DE RODAMIENTOS Causas: Fallas del material (fabricación) Falla estructural del material (sobre cargas) Manejo inapropiado del rodamiento Montaje incorrecto Lubricación deficiente Penetración de contaminantes

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PROBLEMAS DE RODAMIENTOS Elementos • Pista Exterior • Pista Interior • Caja o Jaula • Elemento de rodadura (bola o rodillo) Cada componente tiene su frecuencia de falla, correspondiente a la velocidad de rotación del eje, al cual van montados


PROBLEMAS DE RODAMIENTOS Elemento rodante: BSF = Nb/2 – 1,2/Nb

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PROBLEMAS DE RODAMIENTOS Jaula del rodamiento FTF = 0,5 – 1,2/Nb


PROBLEMAS DE RODAMIENTOS Pista Interna BPFI = Nb/2 + 1,2 ; ó (0,4xRPMxNb)

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PROBLEMAS DE RODAMIENTOS Pista Externa BPFO = Nb/2 – 1,2 ; ó (0,6xRPMxNb)


PROBLEMAS DE RODAMIENTOS

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PROBLEMAS POR FUERZAS HIDRAULICAS O AERODINAMICOS Los problemas generados por fuerzas hidráulicas o aerodinámicas son: • • • •

Fuerza hidráulica por pulsaciones de presión Cavitación en bombas Turbulencias del flujo Hambruna de bomba


PROBLEMAS POR FUERZAS HIDRAULICAS O AERODINAMICOS Fuerza hidráulica por pulsaciones de presión: Ej la perturbación originadas por el paso de los alábes de la bomba: Frec = BPF = nro. Alabes x RPM (BPF=blade pass frequency)

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PROBLEMAS POR FUERZAS HIDRAULICAS O AERODINAMICOS Cavitación en Bombas: Se produce cada vez que la bomba opera bajo su capacidad de diseño o inadecuada presión de succión. Producen burbujas que generan estallidos que se traducen en ruidos y vibraciones, además de reducción del rendimiento.


PROBLEMAS POR FUERZAS HIDRAULICAS O AERODINAMICOS Turbulencias Hidráulicas: Causada por diseños inadecuados de ductos y cañerías, y mas común en máquinas con fluidos gaseosos que líquidos. Se produce por cambios bruscos de dirección del fluido. Ocurren por debajo de 1xRPM de la máquina, típicamente en el orden de 50 a 2.000 CPM.

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PROBLEMAS POR FUERZAS HIDRAULICAS O AERODINAMICOS Hambruna de Bomba: Ocurre cuando el liquido no llena completamente cada álabe de la bomba en giro, produciéndose un desbalanceo de masas del fluido dentro del rodete, puede producir vibración en 1xRPM alto. Puede ser confundido con desbalanceo, sin embargo su amplitud varia en cada revolución.


PROBLEMAS HIDRODINAMICOS Las vibraciones generadas en los descansos hidrodinámicos se deben generalmente a: • • • •

Excesivo juego en el descanso. Carga incorrecta. Problemas de lubricación. Inestabilidad en la película de aceite.

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PROBLEMAS HIDRODINAMICOS Excesivo juego en el descanso: Esta no es la causa, pero simplemente permite que ocurra más vibración que en el caso con el juego correcto. Aparece en el espectro una amplitud de frecuencia 0,5xRPM, de amplitud baja, estable.


PROBLEMAS HIDRODINAMICOS Vibración debido a Remolino de Aceite: Llamado también batido de aceite (oil whirl) es una vibración auto excitada visualizando como una ola de aceite viajando alrededor del eje, en el juego de descanso y el eje cabalgando en la parte superior de la ola. Su frecuencia es (0,42-0,48) veces RPM. Se debe a diseño incorrecto, excesivo desgaste, cambios de presión, viscosidad y temperatura del aceite

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AFLOJAMIENTOS MECANICOS Los aflojamientos amplifican las vibraciones sinusoidales y pueden truncar otras vibraciones. Las vibraciones suelen ser mayores en las proximidades del lugar flojo


AFLOJAMIENTOS MECANICOS En el espectro aparece normalmente la componente 1/2xRPM

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PROBLEMAS ELECTRICOS Algunos problemas que pueden ser detectados pero no fácilmente son: • Chapas del estator flojos. • Barras del rotor rotos. • Rotor excéntrico. • Bobinas desfasadas o desbalanceadas eléctricamente. • Problemas de estator.

FALLAS Diagnóstico de Mediciones Frecuencia

Causa Probable Desbalanceamiento

Distorsión de la Carcaza

1 x RPM

Resonancia del Eje, carcaza, soporte, fundación Excentricidad de descansos

Comentarios Amplitud constante, predominante radial (rotores en voladizo pueden tener vibraciones axiales altas). Causa vibraciones indirectamente generando desalineamiento, roces o contacto desigual en los descansos. Vibración direccional. Vibración direccional, amplitud disminuye rápidamente con pequeños cambios de velocidad. Similar al desbalanceo, en correas produce vibracion unidireccional.

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Causa Probable

Comentarios

Desalineamiento o eje encorvado

Altos niveles vibratorios axiales, generalmente caracterizado por un 2xRPM alto.

Problemas Eléctricos

En general se producen a la frecuencia de la línea. La vibración disminuye bruscamente al cortar la energía eléctrica

Poco caudal en bombas

Amplitud alta que puede variar.

1 x RPM


2 x RPM

Causa Probable

Comentarios

Soltura

Máquina suelta que permite un movimiento de vaivén. Mov. Impulsivo o truncado genera gran cantidad de armónicos.

Desalineamiento

Vibraciones axiales significativas.

Desbalanceamiento

Algunos sopladores o ventiladores en voladizo con desbalanceo de cupla.

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3 x RPM

Causa Probable

Comentarios

Soltura

Rodamiento con juego excesivo y desbalanceo de cupla de combinados.

Desalineamiento

Generalmente por desalineamiento y juego axial excesivo (soltura) combinados.


Menos de 1 x RPM

Causa Probable

Comentarios

Movimiento giratorio del aceite (Oil Whirl)

Típicamente de 0,43 a 0,48 x RPM. Fase inestable.

Correas defectuosas

Típicamente 1, 2, 3, y 4 veces las RPM de la correa.

Solturas de la Máquina

En caso de solturas severas, pueden encontrarse 1/2 ,1/3 x RPM

Sub armónicos

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Causa Probable

Engranajes

Frecuencia de engrane = nro de dientes x RPM y armónicos.

Fuerzas Aerodinámicas e Hidráulicas

Frecuencia de paso de alabes de bombas = nro diente x RPM y armónicos.

Varias veces las RPM Armónicos

Comentarios


Causa Probable

Rodamientos Frecuencias Sin Cavitación. Flujo Relación turbulento Armónica

Comentarios

Defectos en pistas externa, interna, generan vibración a 0,4 a 0,6 veces el nro de bolas x RPM. Excita resonancias de algunos elementos.

Rozamientos

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FALLAS Implementación de las Recomendaciones Cuando ya en el Colector se evidencia una condición anormal de funcionamiento de alguna máquina, se realiza la recomendación pertinente inmediatamente, y se analiza con mantenimiento la solución a implementar. Esto para el caso de una necesidad de incursión urgente. En general, luego del análisis de las mediciones, pueden resultar que las recomendaciones sean realizadas en cierto tiempo, en función de la criticidad o severidad de los valores medidos.

FALLAS Implementación de las Recomendaciones En algunos casos se sugieren tiempos de incursión para la ejecución de las recomendaciones, si los valores se encuentran levemente desviados, podría ser en un mes, si la desviación es mayor, en una semana, y si ya es alto, en 1 a 2 días.

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FALLAS Implementación de las Recomendaciones Posterior a la implementación de las recomendaciones, más aún en máquinas importantes, es necesaria la verificación verificación de los los trabajos realizados, porque en esta etapa pueden ser detectados a tiempo, trabajos mal realizados, y evitar que la situación empeore.

NORMAS

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Normas

Las Normas internacionales y guías, tienen como propósito proporcionar valores de referencias de vibraciones que permitan evaluar la severidad de la vibración y/o definir el estado en que se encuentra un conjunto de máquinas.

Normas Existen varias guías: NEMA (Nati (National onal Elec Electric trical al Manuf Manufactu acturer rer Association), API (Am (Ameri erican can Pet Petrol roleum eum Ins Instit titute ute), ), ISO (Inte (Internati rnational onal Standa Standardiza rdization tion Organ Organizati ization), on), AGMA AGM A (Ameri (American can Gea Gearr Man Manufa ufactu cturer rer Association) y la VDI (asociación alemana de ingenieros)

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Normas ISO 2372 “Mechanical Vibration of Machines with operating speeds from 10 to 200 rev/s. Basis for specifying evaluation standards”. Esta norma limita valores para evitar fatiga de elementos de máquina y soportes. La severidad queda cuantificada mediante el valor RMS de la velocidad medida en sus descansos.

Normas Se considera que se produce un cambio significativo en la respuesta vibratoria cuando ésta cambia en la razón 1 : 1,6 Para analizar la severidad vibratoria, se debe tomar en cuenta el tamaño y la masa de la máquina, características del sistema de montaje y el uso de la máquina.

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Normas Tipos de Máquinas (entre 10 y 200 rev/s) Clase I: máquinas pequeñas bajo 15 kW. Clase II: máquinas de tamaño mediano de 15 a 75 kW, ó máquinas rígidamente montadas hasta 300 kW. Clase III: máquinas grandes sobre 300 kW, montadas en soportes rígidos. Clase IV: máquinas grandes sobre 300 kW, montadas en soportes flexibles.

Normas Calidad de la Vibración A B C D

Buena Satisfactoria Insatisfactoria Inaceptable

Una máquina pasa una condición de funcionamiento a otra, cuando el nivel vibratorio aumenta 2,5 veces.

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TABLA ISO 2372 Rango de clasificacion

Rango de vel RMS (mm/s)

Tipos de Máquinas Clase I

0,28

0,18 a 0,28

0,45

0,28 a 0,45

0,71

0,45 a 0,71

1,12

0,71 a 1,12

1,80

1,12 a 1,80

2,80

1,80 a 2,80

4,50

2,80 a 4,50

7,10

4,50 a 7,10

11,20

7,10 a 11,20

18,00

11,20 a 18

28,00

18 a 28

Clase II

Clase III

A

A

Clase IV

A A

B B C

B C

B C C

D

D

D D

Normas Carta de Rathbone La primera guía de amplia aceptación industrial, fue la Carta de Rathbone (1930), en la misma la escala es logarítmica y considera la velocidad en Hz, y las amplitudes en valores pico en pulgadas. Esta carta tenia las siguientes limitaciones: No tiene en cuenta el tipo y la potencia de la máquina y el tipo de anclaje. Es aplicable solo a rotativos y no alternativos. Pierde utilidad para altas frecuencias.

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Normas

Carta de Rathbone

Normas VDE 2063 Medición y Evaluación de las Vibraciones Mecánicas de Motores y Compresores de Pistones con movimiento alternativo. Aplica a motores y compresores montados rígida y elásticamente, con potencia a partir de 100 kW y velocidad hasta 3000 cpm. No es aplicable a máquinas montadas en vehículos

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Normas VDE 2063 Los valores límites admisibles, tanto para máquinas montadas rígida como elásticamente son: Velocidad Vrms < 45 mm/s Desplazamiento d < 1 mm Aceleración a < 4g En el rango de frecuencias de 2 a 300 Hz.

Observaciones: Para el análisis de vibraciones de muy baja rotación, menores que 60 RPM, se recomienda el análisis de ultra sonido. Esta herramienta, además complementa bastante bien para la detección de pérdidas de aire comprimido y vapor (fugas).

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RESUMEN

Resumen Causa principal del problema de vibración

% aproximado del tiempo que representa

Amplificación de resonancia de tubos, cubiertas, bases , vigas, plataformas, etc.

20 – habitualmnete parcialmente resonante

Resonancia de patas / estructura

30 – 40 a más

Desbalanceo

30 – 40 (ensamblaje)

Desalineamiento

50 – 50 – 70 (capacitación)

Frecuencia de engrane

<3

Hierro suelto

<1

Motores con barra de rotor roto o suelto

<1 (hasta 5 en procesos de muchos Start-Stop)

Cojinete de rodillo defectuoso

< 2 (*)

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Causa principal del problema de vibración

% aproximado del tiempo que representa

Remolino de aceite

<1

Eje encorvado o doblado

<1

Base suelta o pieza suelta

<1

Roce

<1

Piezas alternativas contrabalanceadas deficientemente

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(*) El número se refiere a situaciones en que el rodamiento es el principal origen de la excesiva vibración debido a una instalación deficiente o defectos de fabricación. Cuando solo analizamos el deterioro del rodamiento y no el origen, el % puede llegar hasta 50 o mas.

Resumen

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FOTOGRAFIAS

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CASO

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Cuánto Cuesta un equipo desalineado o desbalanceado? La desalineación o desbalanceo de ejes de máquinas rotantes, trae aparejado problemas de vibración que acortan la vida útil de rodamientos, cojinetes, engranajes, acoplamientos, etc., pero además genera un gasto extra de potencia que se debe pagar. Se puede calcular la potencia de pérdida y el costo que representa, mediante un análisis de momentos o torques en una desalineación angular.

La figura proporciona un modelo a analizar con la posición de los ejes cartesianos. El momento se representa como un vector colineal con el eje del motor, como este se encuentra en un ángulo θ con el eje X el momento se descompone en sus tres componentes Mx, My y Mz como vemos en el gráfico. Mx = M cos δ. My = M sen δ.

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La componente del momento en el eje X es colineal con el eje de la máquina a mover por lo tanto es la única que transmite potencia mientras que las componentes en los ejes x e y generan deflexiones laterales sin transmitir movimiento ya que son perpendiculares al eje. Np = Ms ω = M cos ω

La potencia está definida como el trabajo desarrollado en la unidad de tiempo: N = M. (ω) Donde: N : potencia W M: momento o torque en Nm ω: Velocidad angular rad/s. Podemos definir un factor de pérdida de potencia como la relación entre la potencia perdida y la potencia nominal entregada por el motor.

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La potencia de pérdida de un motor eléctrico se calcula multiplicando el factor de pérdida por la potencia del motor y por el tiempo de marcha. Por ejemplo un motor de 20Kw que marcha las 24 horas todo el año con una desalineación angular de 0.2/100 mm tiene una pérdida de potencia anual de: δ = tan-¹ (0.2/100) = 0.13º Ψ = sen 0.13 = 0.002 Np = 0.002*8760 h*20Kw = 350.4 Kwh.

Por lo tanto un motor de 20 Kw (mediano) con una desalineación no muy excesiva de 0.2mm/100mm tiene una pérdida anual de 350.4 Kwh. Esto en términos monetarios representa: Costo industrial = 360 Gs el Kwh. Gasto = 360 * 350.4 = 126.144 Gs. Si estimamos en que estos valores son promedio y que en la planta hay no menos de 100 equipos, tenemos una pérdida media anual de aproximadamente: Gs. 12.614.400

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PARTE 3 MANTENIMIENTO VIBRACIONES.pdf

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