Ing. Cesar López Lamadrid Analista Cat. II
¿Por qué llevar el curso? — Las máquinas y estructuras vibran en respuesta a una o
más fuerzas excitadoras. La magnitud de la vibración no solamente depende de la fuerza sino también de las propiedades del sistema (masa, rigidez y amortiguación) y ambas dependen de la velocidad de la máquina. — Hablar de análisis vibracional en la actualidad se
relaciona a un ahorro significativo en una parada de planta, implementación de programas de mantenimiento, identificar problemas por diseño, por fabricación, por instalación, desgaste, y ayuda a establecer causas de fallas crónicas.
¿Qué es vibración? — Una vibración es el cambio de posición de un cuerpo
(mecánico o estructural) en el tiempo respecto a una posición de equilibrio, generada por una o varias fuerzas oscilatorias llamadas fuerzas excitadoras.
Vibración = Fuerza Dinámica / Resistencia Dinámica
¿Qué es el análisis vibracional? — Se define el análisis vibracional, como al conjunto de técnicas que
permite el diagnóstico de máquinas y sistemas a partir de la evaluación de la señal vibracional que provienen de estas máquinas y sistemas
¿Por qué es útil en la industria? — En una industria se busca aumentar la eficiencia de una máquina,
logrando aumentar el rendimiento de producción y mantener o mejorar la calidad de los productos. Las vibraciones son una forma de energía que se desperdicia, en la práctica se busca que la vibración en una maquina sea la menor posible, ya que siempre habrán vibraciones producto de la transmisión de fuerzas cíclicas a través de los mecanismos, los mismos que presentaran desgaste por su funcionamiento normal, aumentando el nivel vibracional del equipo.
— El análisis vibracional también juega un papel muy importante en la
evaluación de condición para el mantenimiento predictivo, es mejor corregir un problema antes que falle la maquina.
Eficiencia
Vibraciones
¿Donde encontramos las vibraciones?
Herramientas para realizar un mantenimiento predictivo
Steam Trap .- trampas de vapor
Grados de conocimientos de un analista de vibraciones Analista Categoría I
Fundamentos
Criticidad Analista Categoría II
A. Espectral
Diagnostico Analista Categoría III
A. Forma de Onda
A. Orbitas
Analista Categoría IV
A. Avanzado ( ODS y AME)
Uso de funciones cruzadas
ORIGEN DE LAS VIBRACIONES Y SU UTILIDAD (I)
— La vibración es el movimiento repetitivo de una máquina o
estructura que visualmente no es detectable (si los valores son pequeños), pero sí es perceptible al tocar y a veces puede oírse. Muchas de las vibraciones de máquina son periódicas. — Una amplitud diferente de vibración podría ser medida en el
eje, cojinetes y chumaceras, ya que depende mucho de la localización del sensor. — El análisis de vibración juega un rol importante en el
Programa de Mantenimiento Predictivo, en la cual se detectan fallas incipientes, para planificar la reparación en el momento más adecuado.
Registro del movimiento vibratorio del rotor descrito en la figura 1.1 en la dirección vertical. Se puede apreciar un sensor uniaxial, el cual genera una respuesta en la dirección que es montado.
¿Qué es un patrón de vibración? • Comúnmente llamada firma vibracional , es un indicativo de la condición de la maquina, por medio de el se puede afirman una condición normal o descubrir y evaluar las fallas sin necesidad de parar mi maquina. ¿Qué tipos de vibración puedo encontrar en las maquinas? • Buenas: Zarandas, fajas, estabilizadores, etc. • Malas: Toda vibración en máquinas estacionarias.
Movimiento armónico simple Es un movimiento periódico que queda descrito en función del tiempo por una función armónica (seno o coseno). Si se desplaza la masa, hasta una cierta distancia del punto de equilibrio, y después se suelta, el resorte la regresará al equilibrio. Para entonces, la masa tendrá algo de energía cinética y rebasará la posición de equilibrio y desviará el resorte en la dirección opuesta, si no hubiera fricción en el sistema, la oscilación continuaría en la misma proporción y en la misma amplitud para siempre.
Vibración compleja — En el análisis de maquinarias,
estas formas de ondas son muy comunes, ya que una maquina posee varios componentes girando a diferentes frecuencias, lo que físicamente se tendría son varias frecuencias forzadas, que ocurren al mismo tiempo, entonces la vibración resultante será una suma de las vibraciones a cada frecuencia
Fuentes de Vibración Toda vibración es causada esencialmente por fuerzas que se generan en el interior de la máquina o por fuerzas externas aplicadas sobre la máquina.
— Función que realiza (bombas, motores, ventiladores, etc.) — Diseño Inadecuado (FN, sobrecargas, sobredimensionamiento)
— Fabricación (porosidades, imperfecciones) — Proceso (cavitaciones, reflujos, etc.) — Montaje o Instalación (patas cojas, desalineamiento, etc.)
— Desgaste y sobrecarga — Mala Operación — Mal Mantenimiento
Tipos de Vibración Hay cinco tipos de fuerzas que causan vibraciones: armónicas, periódicas, impulsivas, pulsaciones y aleatorias Fuerzas que causan vibraciones periódicas son los más comunes, y se dan a la velocidad de operación (Desbalance generalmente). La vibración impulsiva se relaciona a las fallas de los rodamientos o engranajes con dientes rotos. La vibración aleatoria se relaciona a los problemas de flujos en las bombas, cavitación y recirculacion. Las vibraciones pulsantes son causadas por la suma de dos vibraciones cuyas frecuencias son similares no iguales, deslizamientos en los motores eléctricos con la FL.
Fuerzas Vibratorias Las fuerzas vibratorias, ocasionan los problemas de excesiva vibración, identificando estas fuerzas podremos realizar un buen análisis, los problemas frecuentes son: • Mala Calidad de la Máquina ( fallas de fabricación ) • Errores de Montaje Desalineamiento Excentricidad Distorsión Soltura • Defectos Estructurales y de Materiales • Distorsión Térmica • Lubricación Pobre • Desbalance Otros problemas que se encuentran son los defectos metálicos en los rodamientos, estas fallas son localizadas, además una mala lubricación con presencia de impurezas pueden ocasionar trabaduras o bloqueos, tales vibraciones son impulsivas y causan aumento de temperatura. La operación y la falta de mantenimiento son fuentes de vibración .
Efectos de la Vibración Se pueden entender el termino efectos, como los resultados de las vibraciones indeseadas
• Falla por Fatiga .- Un ejemplo claro son las tuberías, ductos o estructuras soportes. (V>F o F>V) • Perdida de la Calidad del Producto .- Un ejemplo claro son las maquinas de precisión, fresa, torno o imprentas.
• Molestias al Personal .- Un ejemplo podría ser el ruido, o el nerviosismo que causa trabajar en un edificio que tiene excesiva vibración. (ISO-2631)
Usos de la Vibración • Pruebas de Aceptación • Mantenimiento Predictivo • Fabricación La gran ventaja se da, en que no se pierde tiempo desmontando la maquina, y al ser un método no invasivo puede ejecutarse en cualquier momento. Las pruebas de aceptación de equipos nuevos o reparados es uno de los usos más antiguos de las vibraciones. El mantenimiento predictivo, ejecuta varias técnicas, pero dependen del uso de las vibraciones como tecnología principal para evaluar la condición de una máquina. En la fabricación es muy importante, ya que el fabricante tiene unos parámetros de diseño, los cuales deben ser respetados antes de entregar un equipo.( Frecuencias Naturales)
Mantenimiento Predictivo • Monitoreo • Diagnóstico de Fallas • Evaluación de la Severidad
El patrón de vibración medido es un indicativo de la condición de la máquina, este utilizado para; afirmar la condición normal, descubrir y evaluar la severidad de las fallas. Esta información se usa para; evaluar la calidad de máquinas nuevas o reparadas y para programar los mantenimiento basados en una baja de la eficiencia o el peligro de una falla inminente. La evaluación de severidad es basado en la colección de datos y a la experiencia del analista. La evaluación proporciona información para planificar el mantenimiento y determinar el mejor momento para detener la fabricación y arreglar el problema.
Análisis del Espectro Frecuencial •Se obtiene de procesar la onda en el tiempo con la función FFT (Transformada rápida de Fourier). •El espectro presenta la amplitud vibracional en el eje “y” y la frecuencia en el eje “x”. •La amplitud indica “cuanto le duele a la máquina”, mientras la frecuencia, “donde” le duele. •Mayormente se mide en modo velocidad, pero también puede ser medido en desplazamiento o aceleración (baja/alta frec.)
Forma de onda compleja y el espectro de frecuencias
Medición y Análisis
Tigger, angulo de fase
El gráfico superior se llama un espectro. El espectro es la descomposición de la señal de vibración en el dominio del tiempo a un grafico en el dominio de la frecuencias (en la escala horizontal).
Programación y Tendencias
El colector de datos es pre programado y cargado en una computadora para aceptar y almacenar los datos adquiridos de las máquinas en una ruta. Después de la adquisición, los datos son descargados (ver Figura 1.8) a la computadora para graficar la tendencia y efectuar el análisis. La computadora manipula los datos para formar los gráficos en varios formatos tales como la tendencia del gráfico mostrado en la Figura 1.9.
Técnicas de análisis vibracional Técnica Análisis de forma de Onda Análisis de Orbitas Análisis de fase
Análisis de espectros
Uso Modulación, impulsos, cortes de onda, falta de simetría Movimiento del eje, giro de aceite, inestabilidad de cojinetes Relación entre la fuerza y el movimiento, relación entre la vibración y el desplazamiento Frecuencias naturales, bandas vecinas, suma y resta de frecuencias, frecuencias de trabajo
Descripcion Amplitud vs Tiempo
Instrumentos Osciloscopio, colectores y analizadores
Desplazamiento Osciloscopio, y relativo del analizadores rotor Tiempo relativo Luz estroboscópica, entre 2 señales fotocélula, osciloscopio, vibracionales colectores y analizadores Amplitud vs Analizadores FFT y frecuencia colectores de datos.
El análisis utilizado en el análisis espectral, tiene el siguiente procedimiento:
1. Identificar la velocidad de operación y sus armónicas. 2. Identificar las frecuencias pertenecientes al sistema (frecuencias de paso de alabes, frecuencias de engrane, frecuencias electromagnéticas, etc. 3. Identificar frecuencias no sincrónicas y sus múltiplos (rodamientos) 4. Identificar frecuencias independientes, como las frecuencias naturales o frecuencias de máquinas vecinas. 5. Identificar bandas vecinas
FUNDAMENTOS DE LAS VIBRACIONES DE MAQUINAS (II)
Las vibraciones tradicionalmente han sido asociadas generalmente a las fallas de las máquinas, tales como; desgaste, mal funcionamiento, ruido y daños estructurales. Los métodos analíticos son utilizados para solucionar problemas de diseño e instalación, también para establecer la causa de las fallas crónicas y de mal funcionamiento.
Respuesta total del sistema vibratorio Al aplicar una fuerza vectorial de excitación en un sistema, por ejemplo rotor cojinete, el sistema responde con tres fuerzas vectoriales cuyas magnitudes están acuerdo a sus características estructurales: Masa: Peso dividido entre la gravedad. Rigidez: Depende de la elasticidad de la compresión Amortiguación: Capacidad de un sistema para disipar la energía vibratoria. —
Fuerza rígida
La fuerza rígida, es la resistencia proporcionada por la geometría del sistema y el tipo de materia del que está constituido, FR (t) = KX sen(wt), donde K es la constante de rigidez y X es la deformación del sistema, debido a la aplicación de la Fuerza Mw2r Sen(wt). Se observa que la amplitud de la fuerza rígida KX es independiente de la velocidad (w) del rotor. —
Fuerza inercial
La fuerza inercial es la fuerza del movimiento de la masa, FI (t) = -mXw2 sen(wt), donde m es la masa inercial, X es la deformación del sistema y w la velocidad del rotor (rad/seg). Se observa que la amplitud de la fuerza inercial mXw2 varía con el cuadrado de la velocidad del rotor y tiene una dirección contraria a la fuerza rígida. —
Fuerza de amortiguación
La fuerza de amortiguación, es la capacidad de un sistema para disipar energía cinética en otro tipo de energía FA (t) = CXw cos(wt), donde C es la constante de amortiguación del sistema, se observa que la amplitud de la fuerza de amortiguación CXw varía en forma proporcional a la velocidad del rotor y tiene una dirección de 90° con respecto a la fuerza rígida.
FUERZA = FZA. RÍGIDA + FZA. INERCIAL + FZA. AMORTIGUACION
Para el caso del desbalance se tiene lo siguiente: Mw2r Sen(wt) = K X(t) + m A(t) + C V(t) Mw2r Sen(wt) = K X sen(wt) - m Xw2 sen(wt) + CXw cos(wt)
Dónde: r = radio del eje M = masa del eje w = velocidad angular
m = masa de desbalance C = coeficiente de amortiguamiento K = constante de rigidez
Medición de las Vibraciones La vibración mecánica es medida por un transductor que convierte el movimiento vibratorio en una señal eléctrica. Las unidades de la señal eléctrica son milivoltios (mv). La amplitud es calculada dividiendo la magnitud de voltaje por un factor de escala en mv/unidad de ingeniería que relaciona al transductor utilizado. Los transductores que ofrece el mercado son: El Transductor de proximidad.- Se fijan en los alojamientos de cojinetes y miden la vibración relativa en desplazamiento. Usualmente se montan dos transductores a un ángulo de 90° una de otra (Figura 2.3). El transductor horizontal siempre esta 90° a la derecha del transductor vertical visto desde la máquina accionadora.
El velocímetro .- Los sensores sísmicos son normalmente montados con una base magnética, pero los datos mas confiables se obtienen si se montan con espárragos o prisioneros El acelerómetro.- Puede ser utilizado para medir aceleración, velocidad o desplazamiento (medidas absolutas). Sensores ópticos.- El sensor produce un pulso electrónico cuando una marca en la circunferencia del eje pasa por el extremo del sensor óptico. Esta señal de referencia (ver Figura 2.3) es a menudo llamado una señal de disparo. Puede ser usado para iniciar la adquisición de los datos o para medir el ángulo de fase.
Evaluación de la colocación de los sensores.
Características de la vibración en los componentes mecánicos — Las características fundamentales de la vibración, son;
frecuencia, amplitud y fase:
Frecuencia (f = 1/T); Es el número de ciclos en un determinado período de tiempo, sus unidades son; Ciclos por segundo (Hertz), Ciclos por minuto (CPM) o múltiplos de la velocidad de operación de la máquina (Órdenes).
•Amplitud (A); Es el desplazamiento máximo de la vibración, puede ser expresada en múltiples formas, tales como: Pico : Es la distancia máxima de la onda del punto de equilibrio. (Ap) Pico – Pico : Es la distancia de una cresta negativa hasta una cresta positiva. (Ap-p) RMS : Es la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores de la onda, solo para una onda sinusoidal (ARMS = 0.707 Ap).
— Angulo de Fase de la Vibración (ø): Es la posición angular de un objeto
en cualquier instante con respecto a una referencia de la misma frecuencia (Grados). — El ángulo de fase es utilizado para balancear. — ¿Que onda esta adelantada y cual esta atrasada?
Solo hay que recordar que el tiempo progresa de izquierda a derecha.
Medición de las vibraciones
Las vibraciones pueden medirse en tres unidades distintas, pero relacionados entre sí, estas son: — Desplazamiento.- Es la distancia que viaja un objeto. Es la medida dominante a bajas
frecuencias, inferiores a 600 CPM, está relacionado a los esfuerzos de flexión de sus elementos, se expresa en mils pico a pico (1mils=0.001 plg) u micrones (1µ = 0.001 mm). La ecuación del desplazamiento de un movimiento armónico simple es: ݀ ൌ ݊݅ݏܦሺݐݓሻ
Dónde: d = desplazamiento instantáneo D = desplazamiento máximo o pico t = tiempo w=frecuencia
— Velocidad.- Es la tasa de cambio del desplazamiento con respecto al tiempo. Es la
medida dominante en el rango de frecuencia de 600 CPM hasta 60,000 CPM, está relacionado a la fatiga del material, se expresa en pulg/seg. o mm/seg. pico o rms. La ecuación de la velocidad de un movimiento armónico simple es: ݀݀ ݒൌ ൌ ݏܿܦݓሺݐݓሻ ݀ݐ
Dónde: v = velocidad instantánea
— Aceleración; Es la tasa de cambio de la velocidad con respecto al tiempo. Es la
medida dominante a altas frecuencias, mayores que 60,000 CPM y está relacionado a las fuerzas presentes en los componentes de las máquinas y se expresa en g’s o pulg/seg2 pico o rms (1g = 386.1 pulg/seg2).La ecuación de la aceleración de un movimiento armónico simple es: ݀ ݀ ݒଶ ݀ ܽൌ ൌ ଶ ൌ െ ݓଶ ݊݅ݏܦሺݐݓሻ ݀ݐ݀ ݐ Dónde: a= aceleración instantánea.
Se observa que la aceleración y el desplazamiento están desfasados en 180 grados y la velocidad está desfasada de la aceleración y desplazamiento en 90 grados. Para un movimiento armónico los valores pico para desplazamiento, velocidad y aceleración pueden ser calculados con las siguientes formulas: ܸ݈݁ ݀ܽ݀݅ܿൌ ʹߨ݂݀
݊݅ܿܽݎ݈݁݁ܿܣൌ ʹߨ݂ܸ ൌ ሺʹߨ݂ሻଶ ݀ ݂ǣ
݈ܿ݅ܿݏ ݖܪ ݃݁ݏ
Dónde: d: Desplazamiento pico (mils) ݂: Frecuencia (CPS) V: Velocidad pico (pulg/seg) A: Aceleración pico (pulg/seg2)
Vibración Total — Es la señal analógica proveniente de la onda del tiempo
como valor pico (Vp), valor root mean square (Vrms), etc. — Indica en forma rápida la condición estructural de la
máquina. — Su medición es juzgada contra normas o estándares
internacionales como el ISO 10816 Part 3, que se muestra a continua-ción.
Normas de Vibración —
ISO 10816- 1:2009 Vibraciones mecánicas - Evaluación de vibración de maquinaria mediante medidas en piezas no giratorias - Parte 1: Reglas generales
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ISO 10816-2:2009 Vibraciones mecánicas Evaluación de vibración de maquinaria mediante medidas en piezas no giratorias - Parte 2: Turbinas de vapor estacionarias y generadores de más de 50 MW, con velocidades normales de funcionamiento de 1500 r / min, 1800 r / min, 3000 r / min y 3600 r / min.
—
ISO 10816-3:2009 Vibraciones mecánicas - Evaluación de vibración de maquinaria mediante medidas en piezas no giratorias- Parte 3: Máquinas industriales con una potencia nominal superior a 15 kW y velocidades nominales entre 120 r / min y 15000 r / min medida in situ
—
ISO 10816-4:2009 Vibraciones mecánicas - Evaluación de vibración de maquinaria mediante medidas en piezas no giratorias- Parte 4: Turbinas de gas con cojinetes de película de aceite
—
ISO 10816-5:2000 Vibraciones mecánicas Evaluación de vibración de maquinaria mediante medidas en piezas no giratorias- Parte 5: Conjuntos de máquinas de generación de energía hidráulica y plantas de bombeo
Normas de Vibración — ISO 10816-6:2009
Vibraciones mecánicas - Evaluación de vibración de maquinaria mediante medidas en piezas no giratorias- Parte 6: Máquinas reciprocantes con potencias superiores 100 kW — ISO 10816-7:2009
Vibraciones mecánicas - Evaluación de vibración de maquinaria mediante medidas en piezas no giratorias- Parte 7: Bombas rotodinámicas para aplicaciones industriales, medidas incluidas en los ejes giratorios — ISO 1940-1:2003 / Cor 1:2005
Criterios y garantías para el equilibrado in situ de los rotores medianos y grandes. — ISO 1940-2:1997
Vibraciones mecánicas - Requisitos de equilibrar la calidad de rotores rígidos - Parte 2 errores de balanceo
Medidas El trazo de amplitudes de desplazamiento y aceleración armónicos para una velocidad de vibración de 0.2 pulg/seg a varias frecuencias.
El desplazamiento para 0.2 pulg/seg a una velocidad de 600 CPM (10 Hz) es 6.4 mils pico - pico. El desplazamiento a 60,000 CPM (1,000 Hz) es solamente 0.064 mil pico - pico. Una vibración de 0.2 pulg/seg a 1,000 Hz es igual a 3.25 g´s de aceleración. Pero la aceleración de una vibración de 0.2 pulg/seg a 10 Hz (600 CPM) es sólo 0.03 g´s. Las medidas de desplazamiento y aceleración están restringidas para aplicaciones de bajas y altas frecuencia respectivamente.
Ejemplo A=3.6 mil p-p T=18.7 mseg
Patrones de fallas
Frecuencias naturales, formas modales y velocidades criticas Las frecuencias naturales son determinadas por el diseño de la máquina o de sus componentes. Las frecuencias naturales son propiedades de un sistema y son dependientes de la distribución de su masa y de su rigidez Cada sistema tiene un número de frecuencias naturales. Sin embargo, ellos no son múltiplos de su primera frecuencia natural (con excepción de casos raros de componentes simple).
Las frecuencias naturales no son importantes en el diagnóstico de las máquinas a menos que una frecuencia forzante ocurra en o cerca a una frecuencia natural o impactos ocurran dentro de la máquina. Si una frecuencia forzante está cerca a una frecuencia natural, puede existir una resonancia y el nivel de la vibración se amplificará porque la máquina absorbe energía fácilmente en sus frecuencias naturales. Si la frecuencia forzante es un orden de la velocidad de la operación de la máquina, la resonancia es llamada velocidad crítica. Sólo frecuencias naturales en el rango de frecuencias forzantes son de interés para el análisis de vibración de las máquinas.
Resonancia.-Frecuencia natural excitada por fuerzas de trabajo del sistema. El grado de amplificación depende de la magnitud de la fuerza y la amortiguación, así como la proximidad de la frecuencia excitadora a la frecuencia natural de una estructura. Para solucionar este problema la estructura debe ser modificada. Las formas modales de un sistema son asociadas con sus frecuencias naturales. La forma asumida por un sistema cuando vibra en su frecuencia natural es llamada forma modal. Los movimientos absolutos pueden ser determinados solamente cuando la amortiguación y las fuerzas de la vibración son conocidas. El punto en una forma modal en el cual la deflexión es cero, se llama nodo. Ver : http://www.youtube.com/watch?v=MHlICTWMBMs
FORMAS DE HALLAR LAS FRECUENCIAS NATURALES
Bump Test — Llamada comúnmente “prueba de impacto”, se usa para identificar las
frecuencias naturales que existen en una máquina o estructura. Esta prueba es muy sencilla de realizar, ya que consiste en golpear el sistema, con un material que no cause aplastamiento o tenga un coeficiente de restitución elevado, en la mayoría de los casos se suele usar un taco de madera, una comba de madera o goma, y se toman los datos de respuesta en los puntos que escojamos, obteniendo un espectro con picos a las frecuencias naturales del sistema.
Prueba de arranque y parada
— Las pruebas de arranque y parada (es una forma de análisis
transitorio) son realizadas para determinar si las frecuencias naturales existen entre el reposo y un régimen de arranque de una máquina. Con esta prueba se pueden obtener las frecuencias naturales, ya sea de la máquina misma o la estructura soporte.
COLECCIÓN DE DATOS Y SU ANALISIS
Tipos de datos coleccionables en una planta — Observaciones de personas que rutinariamente caminan
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alrededor de la planta. Recolección periódica de datos de vibración, muestras de aceite y termografías instantáneas. Monitoreo continuo de vibración con sensores instalados en forma permanente. Adquisición periódica o continua de los datos de operación, tales como; temperatura, presión y flujo. Diseño, planos de instalación y procedimientos de los mantenimientos. La historia de los mantenimientos.
Observaciones físicas • Son las observaciones sensoriales ejecutadas por la personas que recolectan los datos y se basa en; el oído, vista, tacto, olor y sabor. • Las capacidades sensoriales humanas, aunque no son analíticos, no pueden ser subestimados en el proceso de análisis de máquina. Olfato y tacto • Los sentidos del olfato y tacto son menos importantes pero no deberían descuidarse. Los olores raros, anormales son fácilmente descubiertos por el sentido humano del olfato. • Puede olerse el humo del aceite mucho tiempo antes que el fuego del aceite. • El amoníaco y otros productos químicos y las fugas de gases son mejor descubiertas por la nariz. Incluso pueden detectarse en pequeñas cantidades. • Cojinetes calientes u otras partes de la máquina que normalmente no están operando a temperatura normal pueden ser identificadas por el tacto. • El agua o la prueba de saliva pueden confirmar que las temperaturas son mayores que 212° F (100°C).
Ruido • Los ruidos raros pueden indicar rozamientos, defectos en los rodamientos, soltura, ensamble inapropiado, distorsión, falta de lubricación y cualquier problema de contacto metal con metal. • Una vara o un destornillador pueden ser usados para oír y detectar defectos en rodamientos o rozamientos en máquinas lentas. • En bombas, una señal de problemas de flujo, es un ruido que suena como arena gruesa en la tubería. • Los motores y generadores pueden emitir ruidos de alta frecuencia cuando están sujetos a excesiva vibración debido a; la distorsión de la carcasa, al desalineamiento o al desbalance del acoplamiento. • Elevados ruidos de impactos en rodamientos indican que los rodillos o bolas tienen puntos planos. • Los ejes rotativos rozan con las guardas o sellos y emiten ruidos chillones. • Ruidos elevados en engranajes nuevos indican una mala construcción y baja calidad del montaje o del diseño. • La fricción de las guardas con las poleas y fajas causarán impacto y ruido. • La falta de lubricación en cojinetes o cojinetes con excesiva tolerancia significa que los cojinetes necesitan ser cambiados. • El excesivo ruido es casi siempre un indicador de problemas. La experiencia en la colección de datos será capaz de mejorar su capacidad analítica, por el aprendizaje de identificar las fuentes del ruido y asociar los problemas físicos con ellos.
Observaciones El uso de observaciones es la herramienta más poderosa para los colección de datos. • El humo, el fuego y las fallas catastróficas necesitan una atención inmediata. • Sin embargo, otras fallas cotidianas pueden pasar inadvertidas por meses. • Las fallas de la cimentación y de los pedestales de los cojinetes son las fuentes de muchos casos de vibraciones excesivas. • El grouting deteriorado o las cavidades debajo de las planchas, las rajaduras de los pedestales, soltura de pernos a menudo indican la fuente de vibraciones amplificadas. • Una linterna eléctrica y unas galgas de láminas o cuchilla ayudaran determinar este tipo de fallas. • El burbujeo de aceite entre juntas es una cierta pista de soltura. • Las rajaduras en conductos, tuberías y otros componentes de la máquina proporcionan pistas de presencia de excesiva vibración. El análisis de vibración confirmará estas fallas. • El colector de datos puede tener que trabajar en fuera de ruta para medir estos casos. • Acoplamientos, bridas de tuberías y cajas de cojinetes, a menudo ofrece pistas de instalaciones forzadas (ver figura 3.1), cojinetes con huellas de sobrecarga, bobinados de motor fallados y fugas de aire. • Fugas alrededor de las empaquetaduras y sellos así como el descoloramiento del lubricante pueden dar evidencia de falta de lubricación o exceso de temperaturas. • El agua chisporroteará cuando se pone aceite lubricante sobre una plancha caliente o cuando la línea de drenaje de aceite indica una temperatura mayor que 212° F (100°C).
COLECCIÓN PERIÓDICA Y CONTÍNUA DE DATOS • La colección de datos no interfiere con la operación de la máquina proporciona información actual y la tendencia de la condición de una máquina. • El procedimiento involucra el uso de sensores para adquirir los datos, medidores para cuantificar los datos medidos e instrumentos para almacenar, manipular y presentar los datos. • Los datos periódicamente adquiridos proporcionan un registro intermitente de lo que está pasando en la máquina. • El monitoreo continuo de los datos y la colección proporciona una vigilancia continua junto con la habilidad de proteger la máquina a través de la base de datos con parada automática. • La medición de las vibraciones es ejecutado por un sensor, algunas veces llamado transductor o pickup y no interviene con la máquina o con el proceso. • La variación en el tiempo del voltaje obtenido del sensor es a menudo llamado señal. • La señal proporciona información sobre lo que está pasando en la máquina. • Algunos de estos dispositivos, por ejemplo la cinta de registro de audio digital (DAT), que puede proporcionar un medio de adquisición de datos de vibración.
Selección de una Medida
El desplazamiento absoluto es usado para vibraciones estructurales de baja frecuencia (0 a 20 Hz) y la vibración del eje (0 a 10 Hz), relativo al esfuerzo (eje o estructura) y es típicamente medido con un acelerómetro doblemente integrado.
SELECCIÓN DE RANGO PREDETERMINADOS Para poder programar el equipo es necesario hallar el rango de frecuencia en el que trabaja la maquina y el rango en el que pueden estar sus componentes
Sensores de Vibración
La selección del sensor es basada en: • La sensibilidad del sensor • La medida seleccionada • El tamaño requerido, dependiendo de la disposición del punto de toma • La respuesta de frecuencia • La velocidad de la maquina • El diseño
Frecuencia de respuesta
Transductores Transductores de Proximidad
Este Captador de Proximidad requiere de un dispositivo electrónico externo que genere una señal eléctrica de muy alta frecuencia1.5 MHz que va a una bobina cubierta con un material cerámico o plástico. Cuando el eje se mueve, la señal eléctrica cambia proporcionalmente al movimiento (mV/mil), el sensor de señales produce una tensión de corriente alterna proporcional a la vibración y una señal de corriente continua proporcional a la separación o “gap”
Los Transductores de Velocidad
El transductor es autoexitado - es decir, no requiere de ningún suministro de energía - consiste en un imán permanente y una bobina montada sobre resortes encapsulados.
Un transductor de velocidad típico genera 500 mV/(pulg./sec) excepto para frecuencias inferiores que 10 Hz, el cual es la frecuencia natural de sus elementos activos.
Acelerómetros
Un acelerómetro consiste de una pequeña masa montada sobre un cristal piezoeléctrico que produce una salida eléctrica proporcional a la aceleración cuando una fuerza es aplicada desde la masa vibrante. El cristal del piezoeléctrico genera una señal de alta impedancia que debe ser modificada por conversión de carga o voltaje para baja impedancia.
Dispositivos de Disparo
Este dispositivo sensa o esta sincronizado a la frecuencia de una marca, dentado o protuberancia del eje rotativo y envía una señal a un analizador u osciloscopio que inicia la adquisición de los datos.
Sensores Ópticos
Los sensores ópticos son los más usados como señal de referencia a una vez-por-revolución, requerido para medir el ángulo de fase entre una pieza de cinta reflectante sobre el eje y un pico de vibración a una vez-por-revolución.
Los sensores ópticos también pueden ser usados para observar el tiempo que pasó entre las marcas igualmente espaciadas en un eje rotativo cuando las medidas de vibración torsional son hechas. El sistema óptico incluye un sensor montado adyacente al eje, la cinta reflectante en el eje, y una fuente de alimentación/amplificación.
CARACTERISTICAS DE LAS MAQUINAS
Conocimiento de Máquinas — Conociendo cómo trabaja la máquina y como puede fallar. — El nivel de estas fuerzas, el diseño de la máquina y la
amortiguación en la máquina determinarán la amplitud de la vibración. — Como resultado de las excesivas vibraciones aparecen fuentes secundarias, que son problemas ocasionados por las fuertes vibraciones. Las fuentes secundarias incluyen rozamientos, síntomas eléctricos en máquinas eléctricas, sobre cargas, fatiga y excitación de frecuencias naturales.
Datos necesarios para un buen análisis — Características de las frecuencias, tales como; frecuencias de rotación,
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frecuencia de engrane, frecuencia de paso de álabes y frecuencias de fallas de rodamientos. Vibración, gradientes de temperatura o presión en operación de un componente o sistema. Respuestas vibracionales al cambio del proceso. Identificación de las características para máquinas específicas. Conocimiento de las frecuencias naturales y formas modales. Sensibilidad de la vibración al desbalance de masas, desalineamiento, distorsión y otras excitaciones por mal funcionamiento o defecto. Sensibilidad a la inestabilidad por desgaste o cambios en las condiciones de operación.
Fuentes de vibración
— Diseño y función (Bombas, motores, etc) — Fabricación: Mal control de calidad — Mala instalación: Desalineamiento, distorsión, solturas, etc) — Defectos: Modelos de fallas (patrones) y desgaste. — Abuso o Sobrecarga : Sobre carga, falta de lubricacion
Fuentes de vibración
