EJEMPLO DE PREGUNTAS DE EXAMEN DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES CATEGORÍA I
1. 1.1
Conceptos básicos: Que estrategia de mantenimiento, preventiva o predictiva, utilizaría para definir el momento de realizar el cambio de rodamientos de una máquina. Explique porqué.
1.2
Se mide la velocidad de una vibración armónica simple (o sinusoidal) de valor pico 2mm/s y período 0.1seg. a) Determine el valor de la frecuencia de la vibración en (cpm). b) Determine los valores de Dpp, D0, DRMS, VRMS, AO, ARMS. c) Si la vibración no hubiese sido armónica simple; ¿podría usar las mismas relaciones usadas en la parte b)?
1.3 El desplazamiento vibratorio medido en una máquina consta de tres componentes: Una de desplazamiento (pico a pico) = 100µm y frecuencia 600cpm. Otra de desplazamiento (pico a pico) = 30µm y frecuencia 1200cpm. Otra de desplazamiento (pico a pico) = 5µm y frecuencia 15000cpm. a) Dibuje el espectro del desplazamiento pico a pico b) Dibuje el espectro de la velocidad pico c) Dibuje el espectro de la aceleración pico d) Comente la forma de los espectros vibratorios a), b) y c) respecto al aumento o disminución del valor de las componentes con la frecuencia. ¿Es lo que esperaba encontrar? e) Dibuje el espectro de la velocidad RMS y compárelo con el obtenido en b) f) Dibuje el espectro del desplazamiento pico a pico en dB. Use Areferencia = 0.001µm. 1.4
La figura representa una máquina rígida de masa 500kg montada sobre vigas de masa despreciable. Al montar la máquina las vigas debido al peso de la máquina se deformaron en su centro 30µm (medido con un reloj comparador). a) Determine la rigidez vertical de las vigas b) Estime el valor de la primera frecuencia natural de vibrar (verticalmente) del conjunto vigas/máquina.
1.5
Figuras a), b), c) y d) muestran cuatro formas de vibraciones en el tiempo. Determine (explique) cual espectro 1, 2), 3), y 4) le corresponde a cada una.
2
1
1.5
0.8 0.6
1
0.4 amplitud
amplitud
0.5 0
0.2 0
-0.5 -0.2 -1
-0.4
-1.5 -2
-0.6
0
0.1
0.2
0.3 tiempo s
0.4
0.5
-0.8
0.6
0
0.05
0.1 tiempo s
figura a)
0.15
0.2
figura b) 0.5
8
0.45
7
0.4 6
0.35 0.3 amplitud
am plitud
5
4
0.25 0.2
3
0.15 2
0.1 1
0.05 0
0 0
50
100
150
200
250 frecuencia hz
300
350
400
450
0
500
2
4
6
8 10 12 frecuencia Hz
14
16
18
20
0.8
0.9
1
figura 2)
figura 1) 1
80
0.8
60
0.6 40
0.4 20
am plitud
amplitud
0.2 0
0
-0.2 -20
-0.4 -40
-0.6 -0.8 -1
-60
0
0.1
0.2
-80 0
tiempo s
0.1
0.2
0.3
figura c)
0.4
0.5 tiem po s
0.6
0.7
figura d)
-5
1
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
0.6 amplitud
amplitud
1
x 10
0.5
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
0
0
10
20
30 frecuencia Hz
40
figura 3)
50
60
0
5
10
15 frecuencia Hz
20
figura 4)
25
30
1.6
¿Cúal es la diferencia de fase entre estas dos vibraciones?. d) 145º a) 0º b) 45º e) 180º c) 90º 1
amplitud
0.5 0 -0.5 -1
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1 0.12 tiempo s
0.14
0.16
0.18
0.2
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1 0.12 tiempo s
0.14
0.16
0.18
0.2
1
amplitud
0.5 0 -0.5 -1
1.7
La frecuencia natural de un sistema disminuye cuando: a) Aumenta su masa b) Disminuye su rigidez c) Ambas a) y b)
1.8
La resonancia se produce cuando: a) Disminuye el amortiguamiento. b) La frecuencia de la fuerza aplicada es igual a alguna de sus frecuencias naturales. c) Aumentan las fuerzas en la máquina. 1.9. La figura muestra la aceleración medida en una máquina. Dibuje el espectro vibratorio de la ARMS y de la Vpico. Indique claramente el valor y la(s) frecuencias(s). Comente el resultado.
2. Balanceamiento 2.1 Ventilador delgado L/D = largo/diámetro = 0.2 que gira a 3000(cpm). a) Se debe balancear en dos planos. b) Se puede balancear en un solo plano. c) Basta un balanceamiento estático d) b) y c) 2.2 Bomba ancha (D/L = 0.5) de 5 etapas que gira a 1200cpm. Primera velocidad crítica = 4000(cpm). ¿Se puede balancear en dos planos en una máquina balanceadora que gira a 600cpm?.
2.3.
De acuerdo a ISO 1940, el grado de calidad para el balanceamiento de una bomba centrífuga es G6.3. Si la bomba gira a 1200(cpm). y se debe balancear en 2 planos y la masa del rotor es M = 100kgr. a) ¿Cuál es el máximo desbalanceamiento U permisible por plano de balanceamiento?. b) ¿Cómo determinaría a partir del valor determinado en a), cuál es el valor de la vibración de la componente a 1 x rpm. para el cual es necesario balancear el rotor?
2.4
Se quiere balancear un rotor de jaula de ardilla (armadura de un motor eléctrico) que gira a 1480cpm. La masa del rotor es 100kg, su radio es 150mm y su primera velocidad crítica es 4000cpm. a) ¿En cuantos planos debe balancearse el rotor? b) Estime la masa de prueba a colocar. ¿En que se basa esta estimación? c) Determine de acuerdo a ISO 1940 el desbalanceamiento admisible por plano.
3 3.1
Severidad vibratoria y medición de la vibración. Para determinar la severidad de las vibraciones en una bomba centrífuga con descansos de rodamientos que gira a 1200(cpm)., se debe medir: d) Desplazamiento vibratorio. e) Velocidad pico f) Velocidad RMS en rango de frecuencias de 10 a 1000Hz. g) Aceleración Respuesta: ........................................; Porqué? ....................................................
3.2
¿Qué significa de acuerdo a ISO 2372 que la severidad vibratoria medida sea “inaceptable”. a) Debe detenerse la máquina b) Que la vida esperada de los elementos de la máquina disminuyen severamente. c) Otra explicación
3.3
Indique cuales de las siguientes aseveraciones son verdaderas: a) En máquinas con descansos hidrodinámicos (con metal blanco), la principal razón porque se limitan las vibraciones es para evitar sobrecargas sobre el metal blanco. b) Para vibraciones sobre 1000hz (por ejemplo f engrane), lo más crítico son las fuerzas (de inercia) que ellas generan y para evaluar su severidad se mide (y limita) la aceleración. c) Para vibraciones bajo 10hz., lo más crítico son los esfuerzos que ellas generan y para evaluar su severidad se mide (y limita) el desplazamiento vibratorio.
3.4
Las vibraciones globales de la velocidad RMS y del desplazamiento RMS en los descansos C y D en un ventilador de 8 alabes de potencia 30kw que gira a 400(cpm) y primera velocidad crítica de 400(Hz) son :
C-H:
0,58mm/s; 36 µm
D-H:
C-V:
0.20mm/s; 44 µm
D-V:
C-A
0.92mm/s; 18 µm
D-A:
0.81mm/s; 38 µm 0.8mm/s; 22 µm 0,7mm/s; 30 µm
a) La severidad vibratoria según ISO 2372 es: ........................................... b) La severidad vibratoria según ISO 10816-3 es: ........................................
3.5
Las vibraciones globales RMS en los descansos A y B de un ventilador de 400Kw de potencia que gira a 800cpm y velocidad crítica 600cpm son: A-H: 4.1mm/s B-H: 5.8mm/s A-V: 3.2mm/s V-H: 4.1mm/s A-A: 2.8mm/s B-A: 3.8mm/s a) La severidad vibratoria según ISO 2372 es: ........................................... b) La severidad vibratoria según ISO 10816-3 es: ........................................
3.6
Se realiza un análisis frecuencial con fmáx = 60.000cpm. ¿Con cuántas líneas debe realizarse el análisis para obtener una resolución en frecuencias ∆f = 75cpm )?........................................................................................................... ..
3.7
¿Cuánto es el tiempo de adquisición de datos(largo de la señal medida) que requiere tomar un analizador de vibraciones para realizar un espectro, si se define un ∆f = 150cpm ? b) Idem si ∆f = 2cpm ?. ¿Qué conclusiones saca de estos resultados?.
3.8
Se quiere tener un largo de señal (forma de onda) de aproximadamente 15seg. Si fmax = 25.000cpm, determine el número de líneas a utilizar ...............................
4
6
Diagnóstico de fallas.
5
VRMS (mm/seg)
4.1 Espectro tomado en el descanso 4 de un rotor que gira a 1500(cpm). ¿Cuál es la falla 3 más probable? 2 a) Desbalanceamiento b) Desalineamiento severo 1 c) Resonancia d) Solturas 0 0 1500 3000 4500 6000 frecuencia CPM e) b) y d) Respuesta: ........................................; ¿Porqué? ....................................................
7500
9000
Las siguientes 3 preguntas son referidas a una máquina con la siguiente configuración :
4.2
Se midió vibraciones en el descanso D en dirección vertical (D-V) y en dirección horizontal (D-H) en los descansos del ventilador. Ambos rotores tienen comportamiento de rotor rigido. Se midió además, que la diferencia de fase entre vibración horizontal y vertical en el descanso D era 97º. ¿Cuál es la falla más probable que genera las altas vibraciones en D-V? a) Desbalanceamiento del motor b) Desbalanceamiento del ventilador c) Resonancia estructural del ventilador d) Solturas mecánicas e) b) y c)
Respuesta: ...............; .....................................................................
4.3
Respecto a la misma unidad del punto 4.2. dirección horizontal) el espectro siguiente.
¿Porqué?.........
Se midió en B-H (descanso B
La diferencia de fase entre B-H y B-V fue 170º. ¿Cuál es la falla más probable que genera la alta vibración en B-H?
a) b) c) d) e)
Desbalanceamiento del motor Desbalanceamiento del ventilador Excentricidad de la polea motor Excentricidad de la polea ventilador Daño en las correas
Respuesta: .......................................; ....................................................
¿Porqué?
4.4
Respecto a la misma unidad del ejemplo 4.2. Se midió el espectro indicado en la figura en C-V. Realice una auditoría técnica de la máquina, es decir: a) Determine cual es el origen más probable de c/u de las componentes espectrales. b) Cuales de estas componentes considera que son normales para esta unidad.
4.5
Vibraciones tomadas en ventilador de 8 álabes que gira a 1000(cpm). ¿Cuál es el más probable origen de la componente a 3800(cpm)? a) Picadura de rodamiento. b) Vibración proveniente de otra máquina. c) Rodamiento girando en el eje. d) Turbulencias
B-Horizontal
6 5.5 5 4.5 VRMS (mm/s)
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100001100012000130001400015000 frecuencia CPM
........................................;
4.6
Respuesta: ¿Porqué? ....................................................
Ventilador que gira a 1000(cpm). ¿Cuál es la falla más probable que genera la vibración?. a) Desbalanceamiento b) Desalineamiento c) Solturas basales d) Rodamiento con juego radial excesivo e) c) y d) Respuesta: ........................................;
¿Porqué? ............................................
12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
4.7
0
500
1000
1500
2000
Bomba de 5 alabes que gira a 1000(cpm). ¿Cuál es la falla más probable? a) Solturas mecánicas b) Rodamiento picado c) Desalineamiento severo d) Flujo turbulento e) Deformación de la carcasa
2500
3000
3500
4000
4500
5000
C-Horizontal
3
2.5
2 VRMS (mm/s)
0
1.5
1
0.5
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100001100012000130001400015000160001700018000 frecuencia CPM
Respuesta: ........................................; .................................................... 4.8
¿Porqué?
Bomba centrífuga de voluta de 5 alabes que gira a 1500(cpm). ¿Cuál es la causa más probable del aumento de las vibraciones?. a) Cavitación b) Bomba trabajando a bajo flujo c) Recirculación del flujo d) b) y c) Espectro base Espectro actual
C-Horizontal
9
8
7
VRMS (mm/s)
6
5
4
3
2
1
0
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 frecuencia CPM
Respuesta: ........................................; ....................................................
Motor eléctrico de jaula de ardilla. Que gira a 2970(cpm). Análisis con resolución en frecuencia ∆f = 100(cpm). ¿Cuál es la causa más probable de las vibraciones?. a) Barras cortadas o agrietadas b) Desalineamiento c) Excentricidad estática d) Espiras del estator en cortocircuito e) c) y/o d) 15 14 13 12 11 10 VRMS (mm/s)
4.9
¿Porqué?
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
3000
6000 9000 frecuencia CPM
12000
15000
Respuesta: ........................................; ....................................................
¿Porqué?
4.10 Reductor de engranajes con velocidad de entrada = 1500(cpm), y de salida 1000(cpm). fe = frecuencia de engrane. ¿Cuál de los espectros mostrados en las figuras corresponde a lo siguiente?: 1) Engrane en buen estado 2) Rueda del eje de entrada excéntrica. 3) Engranajes desalineados 4) Eje de rueda de salida doblada. 5) Engranaje con backlash excesivo. 6) Engranaje con dientes desgastados. a)
b) 1.2
1.2 1.1
1.1
fe
1
1
0.9
0.9 0.8
0.8
2fe
0.7
amplitud
amplitud
2fe
0.6 0.5
0.7
fe
0.6 0.5 0.4
0.4
3fe
0.3
0.3
3fe
0.2
0.2 0.1
0.1 0 0
0 0
1
2
3
4
5
6 7 8 9 frecuencia CPM
10
11
12
13
14
1
2
3
4
5
15
x 10
6 7 8 9 frecuencia CPM
10
11
12
13
14
15 4
x 10
4
d)
c) 1.2
1.2
1.1
1.1
1
1
0.9
0.9
fe 2fe
0.6
1500 CPM
0.5
fe
0.8
0.7
amplitud
amplitud
0.8
0.4
0.7
2fe
0.6
1000 CPM
0.5 0.4 0.3
0.3
3fe
0.2
3fe
0.2
0.1
0.1
0 0
4.11 a)
1
2
3
4 5 6 frecuencia CPM
7
8
9
10 4
x 10
0 0
1
2
3
4 5 6 frecuencia CPM
7
8
9
10 4
x 10
Cuál es una forma práctica sencilla para determinar en máquinas eléctricas que componentes espectrales son de origen eléctrico. b) Cuál es una forma práctica sencilla para comprobar una pata floja en una máquina c) Cuál es una forma clara para determinar que ciertas componentes del espectro vibratorio son causadas por las pulsaciones de presión del fluido que maneja la máquina. 4.12.. Dibuje el espectro de las vibraciones normales que espera encontrar en las siguientes máquinas: 1) Ventilador que gira a 1000 cpm y que tiene 8 alabes
2)
3) 4) 5)
Reductor de dos etapas RPM entrada = 1000cpm, piñón de entrada 21 dientes, el cual engrana con uno de 60 dientes. En este mismo eje hay otro engranaje de 19 dientes que engrana con uno de 58 dientes. Motor de jaula de ardilla de 2 pares de polos que tiene 62 ranuras en el estator. Bomba de pistones de 7 pistones RPM =1000cpm Compresor de tornillos de 4 entradas, RPM =1000cpm
RESPUESTAS: 1.1
Una estrategia de mantenimiento preventivo no es eficaz para los rodamientos, debido a que la vida de ellos es muy aleatoria, aún para el caso de máquinas que trabajan en condiciones de operación muy estables.
1.2
a) 600cpm, b) Dpp = 63.66µm; Dp = 31.8µm; DRMS = 22,5µm; VRMS = 1.41mm/s; Ao = 0.0128g; ARMS = 0.0091g. c) No, ellas sólo son válidas para vibraciones armónicas simple.
1.3
d)
Si. La tendencia característica de las vibraciones en las máquinas es que el valor de los desplazamientos disminuyan al aumentar la frecuencia, el valor de la aceleración vibratoria aumente al aumentar la frecuencia, mientras la velocidad presenta el espectro más plano.
1.4
a)
1.63 x 108(N/m); b) 5458(cpm)
1.5
(a) (b) (c) (e)
con (4) con (3) con (2) con (1)
1.6 1.7 1.8 1.9
c) c) b) Apico =0 .3535 (g) , f = 2.5 Hz ; Vpico = 311.9 (mm/seg). Valor excesivo debido a que a bajas frecuencias es anormal tener una aceleración de 0 .3535 (g) a)
2.1 2.2
Si, pues el rotor tiene comportamiento de rotor rígido de acuerdo a ISO 11342 : “Métodos y criterios para el balanceamiento de rotores flexibles”.
2.3
a) 2.507 (gr⋅mm) por plano de corrección. c) Las 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).
2.4 3.1 3.2 3.3
a) 2 planos; b) 27,2(gr); c) 2032 gr·mm por plano c) b) Todas son verdaderas
3.4
a)Buena: A, aunque no es aplicable a máquinas que giran bajo 10Hz .b)Aceptable: B
3.5 3.6 3.7 3.8
a)Satisfactoria B: b)Insatisfactoria para una operación continua de la máquina durante un tiempo prolongado de funcionamiento: C 800 líneas a) 0,4seg; b) 30 Con 6400 líneas, T = 15,36seg.
4.1 4.2 4.3 4.4
e) b) c) a) i) Componentes a 180(cpm), por ser subsincrónica y tener armónicos o múltiplos, debe ser un problema de correas dañadas. ii) Componente a 1000(cmp) desbalanceamiento residual del ventilador. Sus armónicos a 2000 y 3000 (cpm) de valores pequeños respecto a la 1 x rpm pueden deberse a las no-linealidades en el comportamiento del rotor o a pequeñas asimetrías del ventilador. iii) Componente a 1470(cpm) debido al desbalanceamiento residual del motor. La vibración es transmitida por las correas iv) 8000(cpm), frecuencia de paso de los álabes debido a las pulsaciones de presión generadas en el ventilador. b) ii), iii), iv) son vibraciones normales para esta unidad. Sin embargo el valor de la componente a 1000(cpm) puede estar alta y sea necesario balancear el ventilador. El valor para el cual es necesario balancear la unidad es determinado de acuerdo a lo indicado en 2.3 b)
4.5
b) Aunque 3800(cpm) coincida con el BPFO o BPFI, no es un problema de rodamientos picados, debido a la ausencia de armónicos.
4.6 4.7 4.8 4.9 4.10
e) b) d) e) 1) 2) 3) 4) 5) 6)
a) o b) c) a) o b) d) b) a) o b)
4.11 a) Cortar la potencia de la máquina mientras se está recolectando espectros en forma continua. Las componentes que desaparecen de inmediato al cortar la corriente son de origen eléctrico. b) Ir aflojando los pernos basales de a uno. Cuando se suelta el perno que distorsiona la carcaza de la máquina desaparecen las vibraciones que este problema genera. c) Analizando la presión dinámica del fluido medida en la tubería de descarga de la máquina usando un sensor de presión dinámica y el recolector/analizador de datos.
