ANÁLISIS ANÁLISIS VIBRACIONAL VIBRACIONAL

NIVEL INIVEL IIng. Alberto F. Reyna O.Nivel III VA – TA – USA

ASNT NDT Level III N. 121763CWI – AWS N. 04070861

MODULO IMODULO IREVISION DE LOS CONCEPTOS REVISION DE LOS CONCEPTOS

BÁSICOS DE VIBRACIONBÁSICOS DE VIBRACION

1. INTRODUCCION1. INTRODUCCION

En esta sección, haremos una revisión breve de algunos En esta sección, haremos una revisión breve de algunos casos típicos que abarca el curso “ANÁLISIS casos típicos que abarca el curso “ANÁLISIS VIBRACIONAL I”. Particularmente respondemos a los VIBRACIONAL I”. Particularmente respondemos a los siguientes temas: siguientes temas:

¿Qué es la Vibración y cómo puede ser aplicada para ¿Qué es la Vibración y cómo puede ser aplicada para evaluar las condiciones de la maquinaria?.evaluar las condiciones de la maquinaria?.

Resumen de las ventajas y desventajas de los Resumen de las ventajas y desventajas de los instrumentos típicos de Vibración.instrumentos típicos de Vibración.

Resumen de los traductores empleados en vibración y Resumen de los traductores empleados en vibración y cómo seleccionarlos correctamente.cómo seleccionarlos correctamente.

Comprensión de fases de vibración y su aplicación.Comprensión de fases de vibración y su aplicación.

1.1 ¿QUÉ ES VIBRACIÓN Y COMO PUEDE SER 1.1 ¿QUÉ ES VIBRACIÓN Y COMO PUEDE SER APLICADA PARA EVALUAR LAS CONDICIONES DE LA APLICADA PARA EVALUAR LAS CONDICIONES DE LA

MAQUINARIA?MAQUINARIA?

La vibración es la respuesta de un sistema a estímulos externos y/o internos que causan oscilaciones o pulsaciones. Aunque es común pensar que la vibración por si misma dañe máquinas y estructuras, esto no es así, ya que los daños son hechos por esfuerzos dinámicos, que causan fatiga de los materiales; estos esfuerzos a su vez son inducidos por la vibración. La Ecuación 1, nos muestra que la amplitud de la vibración es directamente proporcional a la fuerza dinámica e inversamente proporcional a la resistencia dinámica.

ECUACION 1ECUACION 1

DINAMICAA RESISTENCIDINAMICAFUERZA VIBRACION DE AMPLITUD DERESPUESTA

LA VIBRACION TIENE TRES PARAMETROS LA VIBRACION TIENE TRES PARAMETROS IMPORTANTES QUE PUEDEN SER MEDIDOS:IMPORTANTES QUE PUEDEN SER MEDIDOS:

Frecuencia. ¿Cuánto tiempo la máquina o estructura vibra por Frecuencia. ¿Cuánto tiempo la máquina o estructura vibra por minuto o por segundo?.minuto o por segundo?.

Amplitud. ¿Cuál es la magnitud de vibración en milésimas Amplitud. ¿Cuál es la magnitud de vibración en milésimas mils, pulgada/s o G´s?.mils, pulgada/s o G´s?.

Fase. ¿Cómo un miembro está vibrando con referencia a otro?.Fase. ¿Cómo un miembro está vibrando con referencia a otro?.

Figura 1. Masa en posición de reposo sin presencia de una Figura 1. Masa en posición de reposo sin presencia de una fuerza de aplicaciónfuerza de aplicación

1.2 ¿QUE ES LA FRECUENCIA DE VIBRACION Y COMO 1.2 ¿QUE ES LA FRECUENCIA DE VIBRACION Y COMO ESTA RELACIONADA CON LA ONDA EN EL TIEMPO?ESTA RELACIONADA CON LA ONDA EN EL TIEMPO?LA FIGURA 2 NOS MUESTRA COMO LA FRECUENCIA PUEDE SER CALCULADA ATRAVEZ DEL PERIODO DEL TIEMPO (T) EN UN CICLO (SEGUNDO/ CICLO) E INVIRTIENDO SU VALOR, DETERMINAMOS LA FRECUENCIA (CICLOS/ SEGUNDO).

Figura 2. Desplazamiento y frecuencia de la forma de Onda en el Tiempo.

1.2.1 ¿Cuándo es conveniente usar la onda en 1.2.1 ¿Cuándo es conveniente usar la onda en el tiempo en el análisis?el tiempo en el análisis?

La onda en el tiempo es una excelente herramienta de análisis, cuando La onda en el tiempo es una excelente herramienta de análisis, cuando evaluamos cajas de engranajes. Los transductores deben instalarse lo más evaluamos cajas de engranajes. Los transductores deben instalarse lo más cercano posible a los cojinetes de los ejes de entrada y salida, para cercano posible a los cojinetes de los ejes de entrada y salida, para determinar la presencia de dientes astillados con fisuras o rotos. A determinar la presencia de dientes astillados con fisuras o rotos. A continuación mostraremos un ejemplo de cómo se puede detectar con la continuación mostraremos un ejemplo de cómo se puede detectar con la onda en el tiempo, un diente roto. onda en el tiempo, un diente roto.

Figura 3. Cómo puede ser visto un diente roto de un engranaje, en la onda en el tiempo y en un espectro FFT.

1.3 ¿QUÉ ES LA AMPLITUD EN VIBRACION?1.3 ¿QUÉ ES LA AMPLITUD EN VIBRACION?

1.3.1 ¿Qué es el desplazamiento en vibración?1.3.1 ¿Qué es el desplazamiento en vibración?El desplazamiento es la medida total del recorrido de la masa en El desplazamiento es la medida total del recorrido de la masa en sus posiciones inferior y superior. Este desplazamiento puede ser sus posiciones inferior y superior. Este desplazamiento puede ser expresado en milésimas (donde 1 mils = 0.001 pulgadas o en expresado en milésimas (donde 1 mils = 0.001 pulgadas o en micrones, donde 1 micrón, u = 0.001 mm o 0.039 pulgadas). micrones, donde 1 micrón, u = 0.001 mm o 0.039 pulgadas). Cuando una máquina está siendo sometida a excesivas vibraciones, Cuando una máquina está siendo sometida a excesivas vibraciones, esta podría sufrir un notable flexionamiento o deformación. esta podría sufrir un notable flexionamiento o deformación.

1.3.2 ¿Qué es la velocidad en vibración?1.3.2 ¿Qué es la velocidad en vibración?La velocidad vibracional es una medida de cuán rápido la masa se La velocidad vibracional es una medida de cuán rápido la masa se está moviendo o vibrando durante sus oscilaciones. La velocidad en está moviendo o vibrando durante sus oscilaciones. La velocidad en vibración, está directamente relacionada con la fatiga. Observemos vibración, está directamente relacionada con la fatiga. Observemos en la Figura 4 como la oscilación de la masa suspendida de un en la Figura 4 como la oscilación de la masa suspendida de un resorte, alcanza su máximo valor de velocidad (Pico) al pasar por resorte, alcanza su máximo valor de velocidad (Pico) al pasar por su posición neutra. Nótese que en la posición neutral la aceleración su posición neutra. Nótese que en la posición neutral la aceleración es cero; antes de llegar a su posición neutral, la aceleración es es cero; antes de llegar a su posición neutral, la aceleración es positiva, mientras que luego de pasar por la posición neutral a la positiva, mientras que luego de pasar por la posición neutral a la posición inferior, la aceleración será negativa. posición inferior, la aceleración será negativa.

Figura 4. La velocidad en la curva de DesplazamientoFigura 4. La velocidad en la curva de Desplazamiento

1.3.3 ¿Que es la aceleración en vibración?1.3.3 ¿Que es la aceleración en vibración?Cuando las estructura de una máquina esta vibrando. Experimenta la presencia de la aceleración, toda vez, que continuamente se producen cambios de velocidades en las oscilaciones de atrás hacía adelante.

Figura 5. Cómo se puede determinar la velocidad pico en un osciloscopio.

1.4 ¿QUE ES LA FASE EN VIBRACION?1.4 ¿QUE ES LA FASE EN VIBRACION?

La fase es la medida de cómo una parte está en movimiento (Vibrando) La fase es la medida de cómo una parte está en movimiento (Vibrando) en relación con otra parte o un punto fijo de referencia. La fase de en relación con otra parte o un punto fijo de referencia. La fase de vibración es medida en grados angulares usando ya sea una luz vibración es medida en grados angulares usando ya sea una luz estroboscopia (Strobe Light) en uno u otro caso un strobe Light o una estroboscopia (Strobe Light) en uno u otro caso un strobe Light o una fotocelda electrónica. La Figura 6 nos muestra dos masas vibrando con fotocelda electrónica. La Figura 6 nos muestra dos masas vibrando con una diferencia de fase de 90 grados.una diferencia de fase de 90 grados.

Figura 6. Dos masas vibrando con 90º de diferencia de fase

Figura 7. Dos masas con 180º de diferencia de fase

Figura 8. Relación de fases en una máquina

1.4.1 ¿Cómo leer las fases en la pantalla?1.4.1 ¿Cómo leer las fases en la pantalla?

En las siguientes ilustraciones, se presentan la distribución de los valores angulares de las fases en varias ondas en el tiempo. Esto es 90° en la posición superior, 270° en la posición inferior, mientras que 0° / 360° y 180° se ubica cuando la amplitud es cero.

Figura 9. Cómo podemos determinar la diferencia de fase entre dos ondas en el tiempo

Figura 10. Cómo podemos determinar la diferencia de fase entre dos puntos sobre la misma onda en el tiempo.

1.4.2 Relación de fases en las ondas en el tiempo de 1.4.2 Relación de fases en las ondas en el tiempo de aceleración, velocidad y desplazamientoaceleración, velocidad y desplazamiento

La Figura 11 nos muestra la relación de la fase, entre aceleración, velocidad y La Figura 11 nos muestra la relación de la fase, entre aceleración, velocidad y desplazamiento de la onda en el tiempo. Como se puede apreciar la aceleración desplazamiento de la onda en el tiempo. Como se puede apreciar la aceleración adelanta a la velocidad en 90 grados y al desplazamiento en 180 grados. adelanta a la velocidad en 90 grados y al desplazamiento en 180 grados. Finalmente el desplazamiento se retrasa de la aceleración 180 grados y de la Finalmente el desplazamiento se retrasa de la aceleración 180 grados y de la velocidad por 90 grados. velocidad por 90 grados.

Figura 11. Relación de fases entre las ondas en el tiempo de la aceleración, velocidad y desplazamiento

1.5 ¿CÓMO ES UN ESPECTRO EN LA VIBRACIÓN?1.5 ¿CÓMO ES UN ESPECTRO EN LA VIBRACIÓN?La figura 12 muestra como la onda total esta compuesta por una serie de ondas pequeñas, en la que cada una corresponde a una frecuencia individual (1x rpm,2x rpm,3x rpm,etc.); cada una de esas ondas individuales se añadirán algebraticamente con las restantes componentes, dando como resultado la onda total, la cual puede ser observada en un osciloscopio ó en la pantalla del analizador.

Figura 12. Comparación de los dominios del tiempo y frecuencia

Figura 13. Diagrama general de bloque de un analizador FFT, para observar los dominios del tiempo y frecuencia

Figura 14. Pasos en la conversión de la vibración en un espectro FFT

En la Figura 15 se presenta una relación de fórmulas, las cuales pueden ser usadas para convertir de un parámetro de amplitud vibracional en otro. Esto es, que nos permite convertir el desplazamiento a velocidad o de velocidad a aceleración, etc. a una especifica frecuencia

Figura 15. Cuadro de fórmulas para la conversión entre parámetros de amplitud vibracional.

Figura 16. Comparación de medidas de vibración en el sistema métrico-inglés

Figura 17. Comparación de amplitudes de una onda sinusoidal pura en el tiempo (Pico-Pico, Pico, RMS y Average).

1.5.2 ¿Cuándo se usa el desplazamiento, la velocidad o 1.5.2 ¿Cuándo se usa el desplazamiento, la velocidad o la aceleración? la aceleración?

Se piensa que el desplazamiento es normalmente el parámetro Se piensa que el desplazamiento es normalmente el parámetro más útil de la vibración en los rangos de bajas frecuencias, hasta más útil de la vibración en los rangos de bajas frecuencias, hasta aproximadamente 600 CPM (10 Hz). No obstante, la frecuencia aproximadamente 600 CPM (10 Hz). No obstante, la frecuencia debe ser usada junto con el desplazamiento para evaluar la debe ser usada junto con el desplazamiento para evaluar la severidad de la vibración como lo muestra la Figura 18. Recuerde severidad de la vibración como lo muestra la Figura 18. Recuerde que la magnitud del desplazamiento solamente es incapaz de que la magnitud del desplazamiento solamente es incapaz de evaluar las vibraciones severas. evaluar las vibraciones severas.

La aceleración, también es dependiente de la frecuencia. La aceleración, también es dependiente de la frecuencia. Típicamente, la aceleración es recomendada para aplicación en Típicamente, la aceleración es recomendada para aplicación en máquinas, donde se esperan frecuencias superiores a 120.000 máquinas, donde se esperan frecuencias superiores a 120.000 CPM (2000 Hz). CPM (2000 Hz).

La velocidad, prácticamente es independiente de la frecuencia La velocidad, prácticamente es independiente de la frecuencia para evaluar la severidad vibracional. La velocidad es para evaluar la severidad vibracional. La velocidad es recomendada con frecuencias que se ubican aproximadamente recomendada con frecuencias que se ubican aproximadamente entre 600 – 120.000 CPM (10 – 2.000 Hz), sin embargo, se usa entre 600 – 120.000 CPM (10 – 2.000 Hz), sin embargo, se usa hasta con frecuencias entre los 300 hasta los 300.000 CPM. hasta con frecuencias entre los 300 hasta los 300.000 CPM.

Figura 18. Carta de severidad para desplazamiento y velocidad vibracional – Maquinaria rotativa horizontal (ENTEK-IRD)

Figura 19. Carta de severidad de velocidad y aceleración vibracional – Maquinaria rotativa horizontal (ENTEK-IRD)

Figura 20. Comparación de la severidad vibracional en desplazamiento, velocidad y aceleración

Figura 21. Comparación del desplazamiento, velocidad y aceleración en espectros de un ventilador de 300 RPM con rodajes deteriorados

1.5.3 ¿Cuál es la ventaja de usar la velocidad? 1.5.3 ¿Cuál es la ventaja de usar la velocidad?

La Figura 20 nos muestra la amplia consistencia que tiene la La Figura 20 nos muestra la amplia consistencia que tiene la velocidad en el rango de frecuencia (respuesta plana), comparándola velocidad en el rango de frecuencia (respuesta plana), comparándola con el desplazamiento y la aceleración. Obsérvese en la Figura 20, con el desplazamiento y la aceleración. Obsérvese en la Figura 20, que los 3 parámetros de amplitud son vistos en simultáneo, usando que los 3 parámetros de amplitud son vistos en simultáneo, usando los .314 in/s de velocidad pico como base para calcular. los .314 in/s de velocidad pico como base para calcular.

La Figura 21 nos muestra 3 espectros (A) desplazamiento, (B) La Figura 21 nos muestra 3 espectros (A) desplazamiento, (B) velocidad, y (C) aceleración de ondas iguales, en donde velocidad, y (C) aceleración de ondas iguales, en donde cuidadosamente se analizan estos espectros por posibles problemas. cuidadosamente se analizan estos espectros por posibles problemas. Aunque el 1X aparece en los tres espectros y es bastante Aunque el 1X aparece en los tres espectros y es bastante sobresaliente en la figura 21 A, no es el problema más significante. sobresaliente en la figura 21 A, no es el problema más significante. Qué pasa si observamos las frecuencias de defectos de rodamientos y Qué pasa si observamos las frecuencias de defectos de rodamientos y usamos los diferentes parámetros de medir la vibración, se concluye usamos los diferentes parámetros de medir la vibración, se concluye que la velocidad y aceleración nos permitirán diagnosticar mejor el que la velocidad y aceleración nos permitirán diagnosticar mejor el estado del rodamiento (media - alta frecuencia). estado del rodamiento (media - alta frecuencia).

Es importante notar, que en el espectro de la velocidad se aplica un Es importante notar, que en el espectro de la velocidad se aplica un rango más amplio de frecuencia que en el espectro del rango más amplio de frecuencia que en el espectro del desplazamiento o de la aceleración, lo que hace que la velocidad sea desplazamiento o de la aceleración, lo que hace que la velocidad sea el parámetro más usado en la maquinaria rotativa. el parámetro más usado en la maquinaria rotativa.

1.6 ¿CUÁNDO LA VIBRACIÓN ES ALTA?1.6 ¿CUÁNDO LA VIBRACIÓN ES ALTA?

AA través de los años, la severidad de la vibración en general han sido evaluada con las cartas de las figuras 17 y 18, sin embargo no cubren todos los tipos de máquina.

Con el propósito de superar lo indicado el Technical Associates Of Charlotte, ha desarrollado una carta amplia para la comprensión de severos problemas en la vibración, tal como nos muestra la figura 21.

Figura 22. Criteria for overall condition rating, Technical Associates of Charlotte, P.C.

2. REVISION Y SELECCION DE TRADUCTORES 2. REVISION Y SELECCION DE TRADUCTORES (SENSORES) (SENSORES)

El propósito de este capítulo es dar a conocer los diversos tipos de El propósito de este capítulo es dar a conocer los diversos tipos de sensores que pueden ser utilizados, conocer su funcionamiento y sensores que pueden ser utilizados, conocer su funcionamiento y aprender a seleccionarlos adecuadamente. aprender a seleccionarlos adecuadamente.

A continuación se presenta la relación de sensores disponibles:A continuación se presenta la relación de sensores disponibles:

* Acelerómetros* Acelerómetros* Pick–up o sensor de velocidad* Pick–up o sensor de velocidad* Probetas de Eddy de No Contacto (sensores de proximidad) * Probetas de Eddy de No Contacto (sensores de proximidad) * Probetas de contacto al eje (shaft sticks and shaft riders)* Probetas de contacto al eje (shaft sticks and shaft riders)

La Figura 23 contiene ilustraciones de los sensores más usados La Figura 23 contiene ilustraciones de los sensores más usados como son: probetas de desplazamiento de no contacto, pick-up de como son: probetas de desplazamiento de no contacto, pick-up de velocidad y acelerómetros. La Figura 24 nos muestra una tabla velocidad y acelerómetros. La Figura 24 nos muestra una tabla donde se resumen algunas características y especificaciones para donde se resumen algunas características y especificaciones para cada categoría de acelerómetros, pick-up de velocidad y probetas de cada categoría de acelerómetros, pick-up de velocidad y probetas de no contacto.no contacto.

2.1 INTRODUCCION 2.1 INTRODUCCION

2.2 TIPOS DE TRADUCTORES Y SUS APLICACIONES 2.2 TIPOS DE TRADUCTORES Y SUS APLICACIONES OPTIMASOPTIMAS

2.2.1 Acelerómetros2.2.1 Acelerómetros

Los acelerómetros son sensores que nos van a entregar Los acelerómetros son sensores que nos van a entregar mediciones directas de la aceleración. Típicamente hay tres mediciones directas de la aceleración. Típicamente hay tres características de los acelerómetros que pueden afectar su características de los acelerómetros que pueden afectar su función: la sensibilidad del voltaje (mV/g), respuesta de la función: la sensibilidad del voltaje (mV/g), respuesta de la frecuencia (Hz o CPM) y la masa (gramos).frecuencia (Hz o CPM) y la masa (gramos).

Las Figuras 25, 26 y 27 nos muestran los tres tipos más comunes Las Figuras 25, 26 y 27 nos muestran los tres tipos más comunes de acelerómetros que se usan hoy. La Figura 25 y 26 nos de acelerómetros que se usan hoy. La Figura 25 y 26 nos muestran acelerómetros piezo-eléctricos llamados “Compression muestran acelerómetros piezo-eléctricos llamados “Compression mode accelerometer”. La Figura 27 nos muestra otro importante mode accelerometer”. La Figura 27 nos muestra otro importante acelerómetro llamado “shear mode accelerometer”. acelerómetro llamado “shear mode accelerometer”.

Figura 23. Ejemplos de varios tipos de transductores

Figura 24. Características generales de los transductores

Figura 25. Compression type accelerometer

Figura 26. Inverted compression type accelerometer

Figura 27. Shear type accelerometer

Figura 28. Comparación de acelerómetros “charge mode” e “ICP”

Figura 29. Esquema de la sensibilidad de un acelerómetro en función de su fase y frecuencia

2.2.2 Pick-up de velocidad2.2.2 Pick-up de velocidad

En la actualidad, los pick-up de velocidad en su mayoría han sido reemplazados En la actualidad, los pick-up de velocidad en su mayoría han sido reemplazados por acelerómetros que tienen mayor aplicación, ya que los pick-up de velocidad por acelerómetros que tienen mayor aplicación, ya que los pick-up de velocidad resultan más costosos, tienen una frecuencia de rango limitado y son resultan más costosos, tienen una frecuencia de rango limitado y son relativamente pesados. Sin embargo una de las ventajas que tienen, es que no relativamente pesados. Sin embargo una de las ventajas que tienen, es que no son energizados por una fuente externa, tal como el “ICP” o el “charge mode”, son energizados por una fuente externa, tal como el “ICP” o el “charge mode”, otra ventaja es que su señal no tiene que ser integrada desde la aceleración, otra ventaja es que su señal no tiene que ser integrada desde la aceleración, como es el caso de los acelerómetros, además de eliminar la integración del como es el caso de los acelerómetros, además de eliminar la integración del ruido que típicamente aparece de 2 a 4 líneas en espectros FFT. ruido que típicamente aparece de 2 a 4 líneas en espectros FFT.

Figura 30. Pick-up de velocidad sísmico

Figura 32. Carta de factor de corrección para un pick-up de velocidad IRD 544 en aplicaciones por debajo de los 600 CPM.

2.2.3 Probetas de Eddy de no contacto2.2.3 Probetas de Eddy de no contacto

Esos sistemas son usados para medir la vibración del eje radial, axial y el Esos sistemas son usados para medir la vibración del eje radial, axial y el diferencial entre la carcasa y el rotor. Son transductores especialmente diferencial entre la carcasa y el rotor. Son transductores especialmente efectivos para grandes máquinas que operan con cojinetes planos lubricados por efectivos para grandes máquinas que operan con cojinetes planos lubricados por aceite, tales como turbinas, generadores, compresores, grandes motores, etc. aceite, tales como turbinas, generadores, compresores, grandes motores, etc. En estos casos la vibración del eje puede ser de 10 a 20 veces más alta que para En estos casos la vibración del eje puede ser de 10 a 20 veces más alta que para las máquinas pequeñas con rodamientos. Además, tiene como ventaja, la las máquinas pequeñas con rodamientos. Además, tiene como ventaja, la obtención de un espectro de vibración, que cubre frecuencias de 1X RPM hasta obtención de un espectro de vibración, que cubre frecuencias de 1X RPM hasta cerca de 6X RPM.cerca de 6X RPM.

El sensor de no contacto requiere de un circuito electrónico externo para El sensor de no contacto requiere de un circuito electrónico externo para generar una frecuencia de muy alta señal AC y detectar oscilaciones en la señal generar una frecuencia de muy alta señal AC y detectar oscilaciones en la señal AC, causada por la vibración del eje. La Figura 33 nos muestra un diagrama de AC, causada por la vibración del eje. La Figura 33 nos muestra un diagrama de un sistema de sonda Eddy de no contacto. Para su operación se aplica una señal un sistema de sonda Eddy de no contacto. Para su operación se aplica una señal eléctrica de alta frecuencia a la bobina a fin de generar un campo magnético; el eléctrica de alta frecuencia a la bobina a fin de generar un campo magnético; el blanco de control en la superficie del eje estaría frecuentemente colocado en un blanco de control en la superficie del eje estaría frecuentemente colocado en un intervalo de 40 a 60 mils de la probeta de no contacto. La probeta generará una intervalo de 40 a 60 mils de la probeta de no contacto. La probeta generará una señal de voltaje “AC” proporcional a la vibración y una señal “DC” proporcional señal de voltaje “AC” proporcional a la vibración y una señal “DC” proporcional a “GAP” con el eje. La señal “AC” puede ser leída permanentemente en un a “GAP” con el eje. La señal “AC” puede ser leída permanentemente en un monitor o en un analizador para determinar la cantidad en la vibración del eje, monitor o en un analizador para determinar la cantidad en la vibración del eje, mientras que la señal “DC” puede ser usada para monitorear los mientras que la señal “DC” puede ser usada para monitorear los desplazamientos en el eje, particularmente es útil para detectar movimientos desplazamientos en el eje, particularmente es útil para detectar movimientos axiales del eje y posibles desgastes en los cojinetes de empuje axial. axiales del eje y posibles desgastes en los cojinetes de empuje axial.

Figura 33. Diagrama de un sistema de probeta Eddy de no contacto

Figura 34. Probeta Eddy de no contacto montada en la carcasa de un cojinete

Figura 35. Curva típica de una probeta Eddy de no contacto

Es muy importante que cuando se efectúa la instalación de probetas de no contacto, la superficie–objetivo del eje tenga una superficie uniforme y lisa, de hecho, debe asegurarse que el material del eje debe estar libre de imperfecciones, tales como ralladuras o manchas. Ver Figura 36.

Figura 36. Onda en el tiempo tomada de una probeta de no contacto sobre un eje con rasguño

Figura 37. Respuesta de voltaje Vs. GAP para diversos materiales de ejes

2.2.4 Sensores de desplazamiento en contacto con el 2.2.4 Sensores de desplazamiento en contacto con el eje eje

Las probetas de contactos con el eje (shaft sticks y shaft riders) son Las probetas de contactos con el eje (shaft sticks y shaft riders) son probetas que realmente se montan sobre la superficie del eje de la probetas que realmente se montan sobre la superficie del eje de la máquina para medir la vibración. Ellas pertenecen a una tecnología máquina para medir la vibración. Ellas pertenecen a una tecnología antigua, que actualmente ha sido reemplazada por las probetas de antigua, que actualmente ha sido reemplazada por las probetas de Eddy de no contacto, sin embargo todavía es usada en aplicaciones Eddy de no contacto, sin embargo todavía es usada en aplicaciones específicas tales como: balanceo o verificación periódica de la específicas tales como: balanceo o verificación periódica de la vibración. Estos transductores están muy limitados en las respuestas vibración. Estos transductores están muy limitados en las respuestas de las frecuencias y no tienen capacidad de medir las vibraciones por de las frecuencias y no tienen capacidad de medir las vibraciones por encima de los 12.000 CPM (200 Hz). Tampoco deben ser usados encima de los 12.000 CPM (200 Hz). Tampoco deben ser usados cuando la superficie del eje excede una velocidad de 30.000 ft/min cuando la superficie del eje excede una velocidad de 30.000 ft/min (10.000 m/min). (10.000 m/min).

2.2.4.1 Shafts Sticks 2.2.4.1 Shafts Sticks

El shaft stick es frecuentemente usado en aplicaciones donde el eje es El shaft stick es frecuentemente usado en aplicaciones donde el eje es soportado en cojinetes lisos o donde el eje o rotor es muy liviano comparado con soportado en cojinetes lisos o donde el eje o rotor es muy liviano comparado con la carcasa del equipo. Lo cual motiva que las vibraciones sean absorbidas por los la carcasa del equipo. Lo cual motiva que las vibraciones sean absorbidas por los espacios comprendidos entre el eje y la superficie externa. Sin embargo el shaft espacios comprendidos entre el eje y la superficie externa. Sin embargo el shaft stick tiene un rango de frecuencias muy bajo y sólo deber ser usado si una stick tiene un rango de frecuencias muy bajo y sólo deber ser usado si una probeta de no contacto no está instalada. probeta de no contacto no está instalada.

Figura 38. Lectura de fases usando shaft stick para confirmar la presencia de un eje doblado

2.2.4.2 Shaft Riders 2.2.4.2 Shaft Riders El shaft rider tal como muestra la Figura 39 es similar a la probeta Eddy de no El shaft rider tal como muestra la Figura 39 es similar a la probeta Eddy de no contacto, ya que está permanentemente montado en la carcasa y se extiende dentro de contacto, ya que está permanentemente montado en la carcasa y se extiende dentro de ella a fin de medir el desalineamiento vibracional del eje. Sin embargo, este se ella a fin de medir el desalineamiento vibracional del eje. Sin embargo, este se diferencia de la probeta Eddy, en que se monta en la superficie del eje usando un diferencia de la probeta Eddy, en que se monta en la superficie del eje usando un resorte con una punta. El shaft rider es un instrumento de tecnología antigua que ha resorte con una punta. El shaft rider es un instrumento de tecnología antigua que ha sido reemplazado por la probeta Eddy de no contacto; el shaft rider ha sido empleado sido reemplazado por la probeta Eddy de no contacto; el shaft rider ha sido empleado tradicionalmente como un mecanismo de monitoreo continuo de la vibración del eje con tradicionalmente como un mecanismo de monitoreo continuo de la vibración del eje con el propósito de determinar sí el nivel de la vibración de la máquina está en alarma o en el propósito de determinar sí el nivel de la vibración de la máquina está en alarma o en parada. Al igual que el shaft stick, el rango de frecuencia es hasta 11.000 CPM y parada. Al igual que el shaft stick, el rango de frecuencia es hasta 11.000 CPM y solamente son útiles en la detección de desbalance, desalineamiento y otros problemas solamente son útiles en la detección de desbalance, desalineamiento y otros problemas que pueden presentarse en 1X o 2X RPM. que pueden presentarse en 1X o 2X RPM.

Figura 39. Shaft rider

2.3 CRITERIO DE SELECCIÓN DE LOS TRANSDUCTORES 2.3 CRITERIO DE SELECCIÓN DE LOS TRANSDUCTORES

Con el propósito de que el lector pueda entender mejor los Con el propósito de que el lector pueda entender mejor los transductores de vibración, retomemos la tabla de Características transductores de vibración, retomemos la tabla de Características de los transductores en la Figura 40. A continuación detallaremos de los transductores en la Figura 40. A continuación detallaremos algunos artículos que encontramos en la tabla y que deben algunos artículos que encontramos en la tabla y que deben tomarse en cuenta cuando elegimos un transductor: tomarse en cuenta cuando elegimos un transductor:

RANGO TÍPICO SENSIBLE RANGO TÍPICO DE FRECUENCIA RANGO DE FRECUENCIA NATURAL RANGO TÍPICO DE PESO RANGO TÍPICO DE TEMPERATURA LA DIRECCIÓN DE LAS MEDICIONES TAMAÑO DEL TRANSDUCTOR SUMINISTROS DE ENERGÍA AL TRANSDUCTOR CABLE SENSIBILIDAD DE MONTAJE INTERFERENCIA MAGNÉTICA SELLADO

NOTA: En el Anexo A, se presentan diferentes catálogos de transductores, empleados en la medición de vibración.

2.4 MONTAJE DE TRANSDUCTORES2.4 MONTAJE DE TRANSDUCTORES

ACCELEROMETER MOUNTING

MAXIMUN ACCEPTABLE FREQUENCY (CPM)

MOUNTING NATURAL FREQUENCY (CPM)

Stud Mount 975.000 1.900.000

Adhesive Mount with Hottinger Baldwin Messtechnik X60 540.000 None observed

Stud Mount on Rare Earth Magnet 450.000 724.500

Mounted on Quick Connect Stud Mount 360.000 609.000

Hand Held Mount Using a 2” Probe 48.000 88.500

Figura 41. Rango de frecuencias disponible en el montaje de transductores

Figura 42. Métodos ilustrados de montaje

3. REVISION DE LA INSTRUMENTACION 3. REVISION DE LA INSTRUMENTACION DISPONIBLE EN LA MEDICION DE VIBRACIONESDISPONIBLE EN LA MEDICION DE VIBRACIONES

3.1 INTRODUCCIÓN3.1 INTRODUCCIÓN

El propósito de la instrumentación de vibraciones es obtener medidas de El propósito de la instrumentación de vibraciones es obtener medidas de vibración exactas, ya sea de amplitud, frecuencia y fases, de tal forma que vibración exactas, ya sea de amplitud, frecuencia y fases, de tal forma que se pueda determinar con confiabilidad la condición de la máquina. Hay se pueda determinar con confiabilidad la condición de la máquina. Hay una amplia gama de instrumentos de vibración, en función de sus diversas una amplia gama de instrumentos de vibración, en función de sus diversas capacidades. Básicamente hay cinco tipos de instrumentos de medida de capacidades. Básicamente hay cinco tipos de instrumentos de medida de la vibración:la vibración:

Overall Level Vibration Meters (Hand-Held) – Vibrómetros.Overall Level Vibration Meters (Hand-Held) – Vibrómetros. Swept-Filter Analyzers – Analizadores Sintonizables o de Filtros de Barrido.Swept-Filter Analyzers – Analizadores Sintonizables o de Filtros de Barrido. FFT Data Collectors (también Hand-Held) – Analizadores - Colector de Datos.FFT Data Collectors (también Hand-Held) – Analizadores - Colector de Datos. Real Time Spectrum Analyzers – Analizadores de tiempo real. Real Time Spectrum Analyzers – Analizadores de tiempo real. Instrumento Quality Tape Recorder – Grabadora de cinta de alta calidad.Instrumento Quality Tape Recorder – Grabadora de cinta de alta calidad.

3.2 COMPARACION DE INSTRUMENTOS3.2 COMPARACION DE INSTRUMENTOS

Para ayudar al lector a entender mejor la instrumentación para la medición de la vibración presentaremos un glosario de los tipos que existen:

A. PORTÁTIL

B. TÍPICA RANGO DE FRECUENCIA

C. FORMATO DE DATOS DE MEDIDAS, EL USUARIO PUEDE VERLO DE LA SIGUIENTE MANERA:

NIVEL TOTAL FILTRO DE BARRIDO ESPECTRO DE FRECUENCIA LA ONDA EN EL TIEMPO

D. TIPOS TÍPICOS DE PANTALLA, BÁSICAMENTE HAY TRES TIPOS DIFERENTES:

PRESENTACIÓN EN CRISTAL LÍQUIDO (LCD) PANTALLA MACROMÁTICA MEDIDOR ANÁLOGICO

E. TIPOS DE TRANSDUCTORES TÍPICOS.- SENSORES QUE RECOGEN LA VIBRACIÓN DE LAS MAQUINARIAS:

1) ACELERÓMETRO.- MIDE LA ACELERACIÓN (G,PUL/SEG2, MM/SEG2 ) 2) TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD.-MIDE LA VELOCIDAD (PULG/SEG O MM/SEG) 3) PROBETA DE PROXIMIDAD.-MIDE EL DESPLAZAMIENTO (MILS O MICRONES)

F. CAPACIDADES DE FOTOTACÓMETRO Y LUZ ESTROBOSCOPICA

G. DISPONIBILIDAD MULTICANAL

H. CAPACIDAD DE MEDIR SPIKE ENERGY, HFD O SHOCK PULSE

I. CAPACIDAD DE MEDIR HIGH FRECUENCY ENVELOPED SPECTRUM MEASUREMENT

J. SPECTRAL DISPLAY UPDATE

K. FÁCIL DE USAR

L. CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO DE LA ONDA EN EL TIEMPO

M. ALMACENAMIENTO DEL ESPECTRO FRECUENCIAL

N. SOFTWARE DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO

O. CAPACIDAD DE PERFORMAR PRUEBAS DE FRECUENCIA NATURAL

P. CAPACIDAD DE EFECTUAR “OPERATING DEFECTED SHAPE”

Q. CAPACIDAD DE EFECTUAR EL ANÁLISIS MODAL

R. CAPACIDAD DE EFECTUAR SYNCHORONOUS TIME AVERAGING(STA).

S. CAPACIDAD EN EL DIAGRAMA DE CASCADA

T. COSTO RELATIVO

Figura 43. Características típicas de instrumentos para medición de la vibración

3.3 CAPACIDAD GENERAL DE CADA TIPO DE INSTRUMENTO DE 3.3 CAPACIDAD GENERAL DE CADA TIPO DE INSTRUMENTO DE VIBRACIONVIBRACION

3.3.1 Medidor total del nivel de vibración3.3.1 Medidor total del nivel de vibración

La Figura 44 muestra algunos ejemplos de los medidores de nivel La Figura 44 muestra algunos ejemplos de los medidores de nivel de vibración total que son usados para medir las vibraciones de vibración total que son usados para medir las vibraciones totales en los modos de aceleración, velocidad o desplazamiento. totales en los modos de aceleración, velocidad o desplazamiento. Además son ligeros y portátiles, lo que los hace ideales para Además son ligeros y portátiles, lo que los hace ideales para recolector de datos y efectuar servicios en maquinaria alrededor recolector de datos y efectuar servicios en maquinaria alrededor de una planta o fábrica. Estos instrumentos han sido los más de una planta o fábrica. Estos instrumentos han sido los más usados para las evaluaciones de maquinaria en programas de usados para las evaluaciones de maquinaria en programas de mantenimiento predictivo.mantenimiento predictivo.

Sin embargo, el medidor total en el nivel de la vibración no es Sin embargo, el medidor total en el nivel de la vibración no es ahora una herramienta útil en el programa de análisis de la ahora una herramienta útil en el programa de análisis de la vibración, debido a su falta de capacidad de análisis. Ellos vibración, debido a su falta de capacidad de análisis. Ellos solamente pueden ser útiles en máquinas que no estén en solamente pueden ser útiles en máquinas que no estén en condiciones críticas. El medidor total de la vibración no tiene la condiciones críticas. El medidor total de la vibración no tiene la capacidad para medir la amplitud de la vibración Vs. la capacidad para medir la amplitud de la vibración Vs. la frecuencia del espectro.frecuencia del espectro.

3.3.2 Analizadores de filtros de barrido swept- filter analyzers3.3.2 Analizadores de filtros de barrido swept- filter analyzers

Los podemos ver en la Figura 45. Este instrumento es de una tecnología Los podemos ver en la Figura 45. Este instrumento es de una tecnología antigua, que partió de un medidor total mejorado, al cual se le instalaron antigua, que partió de un medidor total mejorado, al cual se le instalaron filtros sintonizables a varias frecuencias. Es usado con un dial filtros sintonizables a varias frecuencias. Es usado con un dial sintonizador de determinada resolución de frecuencia (filtro). Por sintonizador de determinada resolución de frecuencia (filtro). Por ejemplo, usando un 10% del “swept filter” a una frecuencia de 1.000 CPM ejemplo, usando un 10% del “swept filter” a una frecuencia de 1.000 CPM podría realmente abarcarse la amplitud comprendida entre 950 hasta podría realmente abarcarse la amplitud comprendida entre 950 hasta 1050 CPM.1050 CPM.

Típicamente los filtros se emplean en un rango de resolución que varía Típicamente los filtros se emplean en un rango de resolución que varía aproximadamente entre el 2% hasta el 10%, que es el límite en la aproximadamente entre el 2% hasta el 10%, que es el límite en la precisión de la frecuencia. Este tipo de equipo ha sido reemplazado por el precisión de la frecuencia. Este tipo de equipo ha sido reemplazado por el nuevo Data Collector FFT, con más alta precisión en la frecuencia del nuevo Data Collector FFT, con más alta precisión en la frecuencia del espectro y con la capacidad de almacenar datos. Sin embargo, los swept-espectro y con la capacidad de almacenar datos. Sin embargo, los swept-filter son usados en algunos campos: el balanceo con luz estroboscopia, filter son usados en algunos campos: el balanceo con luz estroboscopia, análisis de fases, determinación de componentes de las frecuencias análisis de fases, determinación de componentes de las frecuencias naturales y determinación de amplitudes en varias frecuencias.naturales y determinación de amplitudes en varias frecuencias.

3.3.3 Data collectors FFT programable3.3.3 Data collectors FFT programable

La Figuras 46 y 47 muestran algunos ejemplos de los recolectores La Figuras 46 y 47 muestran algunos ejemplos de los recolectores de datos en la actualidad. Los recolectores de datos FFT son de datos en la actualidad. Los recolectores de datos FFT son instrumentos de uso corriente en la actualidad y son de uso instrumentos de uso corriente en la actualidad y son de uso preferencial en el programa de mantenimiento predictivo, preferencial en el programa de mantenimiento predictivo, pudiendo también ser útiles en cualquier variedad de situaciones pudiendo también ser útiles en cualquier variedad de situaciones por analizar. El FFT (Fast Fourier Transform), tiene la capacidad por analizar. El FFT (Fast Fourier Transform), tiene la capacidad de capturar la onda en el tiempo y su transformación en de capturar la onda en el tiempo y su transformación en espectros frecuenciales, lo cual puede ser observado en su espectros frecuenciales, lo cual puede ser observado en su pantalla LCD en live-time (usualmente entre 1 y 4 segundos, pantalla LCD en live-time (usualmente entre 1 y 4 segundos, dependiendo del modelo de recolector de datos, la frecuencia dependiendo del modelo de recolector de datos, la frecuencia seleccionada y las líneas de resolución del instrumento). El panel seleccionada y las líneas de resolución del instrumento). El panel de control permite que rápidamente puedan verse los cambios y de control permite que rápidamente puedan verse los cambios y es muy provechoso cuando se está monitoreando algunas es muy provechoso cuando se está monitoreando algunas máquinas y sus componentes o cuando se está analizando equipos máquinas y sus componentes o cuando se está analizando equipos críticos. También cuando se incrementan las velocidades algunos críticos. También cuando se incrementan las velocidades algunos data collectors tienen la capacidad de medir simultáneamente 3 data collectors tienen la capacidad de medir simultáneamente 3 parámetros diferentes con apretar un botón.parámetros diferentes con apretar un botón.

3.3.4 Analizadores en tiempo real3.3.4 Analizadores en tiempo real

El analizador de espectro en tiempo real es la más poderosa El analizador de espectro en tiempo real es la más poderosa herramienta de diagnóstico del mercado actual y permite aplicar herramienta de diagnóstico del mercado actual y permite aplicar técnicas avanzadas de diagnóstico. Existe una variedad técnicas avanzadas de diagnóstico. Existe una variedad disponible de ellos, teniendo un rango amplio de capacidad. disponible de ellos, teniendo un rango amplio de capacidad. Algunos de ellos se pueden ver en la Figura 48. Un analizador de Algunos de ellos se pueden ver en la Figura 48. Un analizador de tiempo real es usualmente capaz de ver las oscilaciones, tiempo real es usualmente capaz de ver las oscilaciones, simultáneamente en todos los picos en el espacio frecuencial simultáneamente en todos los picos en el espacio frecuencial seleccionado, es decir, si se tiene un motor de 2 polos que gira a seleccionado, es decir, si se tiene un motor de 2 polos que gira a 3.590 RPM y un ventilador conducido por fajas que rota a 1.000 3.590 RPM y un ventilador conducido por fajas que rota a 1.000 RPM y adicionalmente existe otro ventilador que opera a 1.050 RPM y adicionalmente existe otro ventilador que opera a 1.050 RPM, el analista debe ser capaz de ver estas dos frecuencias RPM, el analista debe ser capaz de ver estas dos frecuencias pulsantes; una de ellas debería ser la de los ventiladores con pulsantes; una de ellas debería ser la de los ventiladores con velocidades de 1.000 y 1.050 RPM y en la otra observar la velocidades de 1.000 y 1.050 RPM y en la otra observar la frecuencia en el motor de 2X RPM (2 x 3590 = 7180 CPM) y el frecuencia en el motor de 2X RPM (2 x 3590 = 7180 CPM) y el doble de la frecuencia de línea (2FL es decir 2 x 3600 = 7200 doble de la frecuencia de línea (2FL es decir 2 x 3600 = 7200 CPM).CPM).

3.3.5 Grabadoras de cinta de calidad3.3.5 Grabadoras de cinta de calidad

Son muy útiles para maquinarias con dificultades críticas y Son muy útiles para maquinarias con dificultades críticas y simultáneamente graba diferentes señales, sea de pick-up de velocidad, simultáneamente graba diferentes señales, sea de pick-up de velocidad, transductores de presión, señales de tacómetro, transductores eléctricos, transductores de presión, señales de tacómetro, transductores eléctricos, fototacómetro, etc. La Figura 49 contiene ejemplos de los “tape fototacómetro, etc. La Figura 49 contiene ejemplos de los “tape recorders” adecuados para análisis de vibración; la señal actual es recorders” adecuados para análisis de vibración; la señal actual es grabada directamente desde el transductor (similar a una grabadora de grabada directamente desde el transductor (similar a una grabadora de voz), sin embargo, las unidades analógicas son limitadas a un rango voz), sin embargo, las unidades analógicas son limitadas a un rango dinámico de 40 a 48 dB. Las muestras digitales en grabación alcanzan en dinámico de 40 a 48 dB. Las muestras digitales en grabación alcanzan en la actualidad los 78 dB.la actualidad los 78 dB.

Los tape recorders permiten analizar con capacidad y exactitud la onda en Los tape recorders permiten analizar con capacidad y exactitud la onda en el tiempo como señal de vibración para un futuro análisis, con mediciones el tiempo como señal de vibración para un futuro análisis, con mediciones hechas con un analizador de espectros en tiempo real. Los dos tipos de hechas con un analizador de espectros en tiempo real. Los dos tipos de tape recorders (analógicos y digitales) tienen capacidad multi-canal (hasta tape recorders (analógicos y digitales) tienen capacidad multi-canal (hasta 32 canales o más), que permiten al usuario capturar varios puntos de 32 canales o más), que permiten al usuario capturar varios puntos de datos simultáneamente. Al interior pueden llevarse una amplia variedad datos simultáneamente. Al interior pueden llevarse una amplia variedad de señales, tales como: voz o ruido, presión, velocidad angular (RPM), de señales, tales como: voz o ruido, presión, velocidad angular (RPM), vibración, corriente eléctrica de un espectro FFT, onda en el tiempo, etc. vibración, corriente eléctrica de un espectro FFT, onda en el tiempo, etc. Las cuales pueden generarse y evaluarse, sin embargo, pueden resultar Las cuales pueden generarse y evaluarse, sin embargo, pueden resultar relativamente costosos y su uso puede ser complicado.relativamente costosos y su uso puede ser complicado.

MODULO IIMODULO IITEORIA DE VIBRACIONESTEORIA DE VIBRACIONES

1. FUNDAMENTOS DE LA MEDICION DE VIBRACIONES1. FUNDAMENTOS DE LA MEDICION DE VIBRACIONES

Un curso de análisis de maquinaria debe incluir los fundamentos de Un curso de análisis de maquinaria debe incluir los fundamentos de vibración. El análisis vibracional es considerado como la técnica más vibración. El análisis vibracional es considerado como la técnica más efectiva para monitorear las condiciones de la maquinaria rotativa.efectiva para monitorear las condiciones de la maquinaria rotativa.La medición de la vibración es una medición de un movimiento periódico, La medición de la vibración es una medición de un movimiento periódico, un ejemplo simple es el uso del sistema masa-resorte, ver Figura 1. un ejemplo simple es el uso del sistema masa-resorte, ver Figura 1.

Figura 1. Sistema masa-resorte

Existen dos medidas derivadas del desplazamiento: la velocidadExisten dos medidas derivadas del desplazamiento: la velocidad y lay la aceleraciónaceleración.. Velocidad:Velocidad: es la primera derivada del desplazamiento en función del tiempo es la primera derivada del desplazamiento en función del tiempo

(variación del desplazamiento en la unidad de tiempo).(variación del desplazamiento en la unidad de tiempo). Aceleración:Aceleración: es la segunda derivada del desplazamiento en función del tiempo es la segunda derivada del desplazamiento en función del tiempo

(variación de la velocidad en la unidad de tiempo).(variación de la velocidad en la unidad de tiempo).

Figura 2. Desplazamiento, velocidad y aceleración en la onda en el tiempo

Figura 3. Conjunto eje rotor

Figura 4. Gráfica de una onda amplitud-tiempo

2. ANALISIS DE SEÑALES2. ANALISIS DE SEÑALES

2.1 ANALISIS DE ONDA AMPLITUD–TIEMPO2.1 ANALISIS DE ONDA AMPLITUD–TIEMPO

La onda Amplitud-Tiempo mostrada en la Figura 4, es producto de la señal La onda Amplitud-Tiempo mostrada en la Figura 4, es producto de la señal vibracional tomada con la asistencia de un acelerómetro o pick-up de velocidad. vibracional tomada con la asistencia de un acelerómetro o pick-up de velocidad. Este tipo de registro vibracional es llamado gráfico o ploteo “en el dominio de Este tipo de registro vibracional es llamado gráfico o ploteo “en el dominio de tiempo”tiempo”..

La onda amplitud–tiempo presenta una muestra corta de la vibración, tal como lo La onda amplitud–tiempo presenta una muestra corta de la vibración, tal como lo hace el osciloscopio. Aunque no es tan útil como otros métodos de análisis, la onda hace el osciloscopio. Aunque no es tan útil como otros métodos de análisis, la onda real en el dominio del tiempo, puede proporcionar información que no siempre es real en el dominio del tiempo, puede proporcionar información que no siempre es evidente en los espectros de frecuencia. Si bien es cierto que a partir del gráfico “en evidente en los espectros de frecuencia. Si bien es cierto que a partir del gráfico “en el dominio del tiempo” puede obtenerse información sobre las condiciones de la el dominio del tiempo” puede obtenerse información sobre las condiciones de la maquinaria luego de un análisis muy minucioso, es más práctico y conveniente maquinaria luego de un análisis muy minucioso, es más práctico y conveniente iniciar el análisis con el espectro de frecuencias FFT.iniciar el análisis con el espectro de frecuencias FFT.

2.2 ANALISIS DE ESPECTROS FFT2.2 ANALISIS DE ESPECTROS FFT

Como mencionamos anteriormente, la mejor forma de iniciar el análisis vibracional Como mencionamos anteriormente, la mejor forma de iniciar el análisis vibracional de un equipo es aplicando la Transformada Rápida de Fourier (FFT), Fast Fourier de un equipo es aplicando la Transformada Rápida de Fourier (FFT), Fast Fourier Transformation. En términos comunes, significa que la señal vibracional es Transformation. En términos comunes, significa que la señal vibracional es descompuesta en componentes frecuenciales con su respectiva amplitud descompuesta en componentes frecuenciales con su respectiva amplitud vibracional, estos valores o amplitudes son graficadas sobre la escala de vibracional, estos valores o amplitudes son graficadas sobre la escala de frecuencias, ver Figura 5. Para obtener una gráfica bien definida para la ejecución frecuencias, ver Figura 5. Para obtener una gráfica bien definida para la ejecución del análisis, es importante seleccionar adecuadamente las “líneas de resolución”. del análisis, es importante seleccionar adecuadamente las “líneas de resolución”. Se recomienda que la selección de las líneas de resolución permitan obtener sub-Se recomienda que la selección de las líneas de resolución permitan obtener sub-divisiones de al menos 75 CPM (ciclos por minuto), por ejemplo, si se requiere divisiones de al menos 75 CPM (ciclos por minuto), por ejemplo, si se requiere efectuar el análisis en un rango de 60.000 CPM, se seleccionará 800 líneas efectuar el análisis en un rango de 60.000 CPM, se seleccionará 800 líneas (60.000/75 = 800 líneas).(60.000/75 = 800 líneas).

Figura 5. Ejemplo de espectro FFT

2.3 ALARMA DE ENVOLVENTE CON ESPECTO FFT2.3 ALARMA DE ENVOLVENTE CON ESPECTO FFT

Un método efectivo para detectar los pequeños cambios de energía Un método efectivo para detectar los pequeños cambios de energía asociada con defectos en rodamientos, engranajes o anomalías eléctricas asociada con defectos en rodamientos, engranajes o anomalías eléctricas es la alarma de envolvente (Enveloping Alarming) desarrollada por es la alarma de envolvente (Enveloping Alarming) desarrollada por Condition Monitoring.Condition Monitoring.

El método consiste en aplicar un envolvente patrón sobre el espectro El método consiste en aplicar un envolvente patrón sobre el espectro registrado (baseline); este envolvente es matemáticamente creado, al registrado (baseline); este envolvente es matemáticamente creado, al aplicar un factor multiplicador del 130 al 150% sobre el espectro aplicar un factor multiplicador del 130 al 150% sobre el espectro registrado (baseline), conforme se muestra en la Figura 6.registrado (baseline), conforme se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Un espectro FFT con una envolvente de alarma

3. METODOS ALTERNATIVOS DE PROCESAMIENTO DE LA 3. METODOS ALTERNATIVOS DE PROCESAMIENTO DE LA SEÑAL DE VIBRACIONSEÑAL DE VIBRACION

3.1 MEDIDAS DE FASE3.1 MEDIDAS DE FASE

Figura 7. Gráfica de fase

3.2 DETECCIÓN DE ALTA FRECUENCIA HFD3.2 DETECCIÓN DE ALTA FRECUENCIA HFDEl método denominado detección de alta frecuencia (High Frecuency Detection – El método denominado detección de alta frecuencia (High Frecuency Detection – HFD), muestra un valor numérico para altas frecuencias, que identifica las HFD), muestra un valor numérico para altas frecuencias, que identifica las pequeñas amplitudes vibracionales que se generan en los defectos iniciales de pequeñas amplitudes vibracionales que se generan en los defectos iniciales de rodamientos. El método HFD permite detectar tempranamente los daños de rodamientos. El método HFD permite detectar tempranamente los daños de rodamientos.rodamientos.

La HFD mide y presenta un valor numérico proporcional al nivel de la señal total La HFD mide y presenta un valor numérico proporcional al nivel de la señal total que se ubica en el rango de la alta frecuencia, gracias a sensores de frecuencia que se ubica en el rango de la alta frecuencia, gracias a sensores de frecuencia resonante que amplifican los valores de bajo nivel generados por el impacto de los resonante que amplifican los valores de bajo nivel generados por el impacto de los pequeños defectos de los rodamientos.pequeños defectos de los rodamientos.Las medidas BFD son tomadas sobre un período de tiempo con la asistencia de un Las medidas BFD son tomadas sobre un período de tiempo con la asistencia de un equipo colector de datos o con un sistema de adquisición permanente de datos. equipo colector de datos o con un sistema de adquisición permanente de datos.

3.3 DETECCION POR ENVOLVENTE3.3 DETECCION POR ENVOLVENTEEl objeto de la técnica de la envolvente es extraer las características vibracionales El objeto de la técnica de la envolvente es extraer las características vibracionales de baja frecuencia, con el propósito de efectuar un análisis más detallado.de baja frecuencia, con el propósito de efectuar un análisis más detallado.

Es común que en engranajes y rodamientos las señales vibracionales generadas a Es común que en engranajes y rodamientos las señales vibracionales generadas a baja frecuencia se exciten a altas frecuencias produciendo amplitudes resonantes. baja frecuencia se exciten a altas frecuencias produciendo amplitudes resonantes. La técnica de la envolvente filtra la señal compleja de la vibración dentro de un La técnica de la envolvente filtra la señal compleja de la vibración dentro de un rango de frecuencia de determinado interés, permitiendo obtener un espectro FFT rango de frecuencia de determinado interés, permitiendo obtener un espectro FFT donde solo aparecerán las frecuencias resonantes típicas de falla de los donde solo aparecerán las frecuencias resonantes típicas de falla de los rodamientos (BPFO, BPFI, FTF Y BSF) o de los engranajes (Tooth mesh).rodamientos (BPFO, BPFI, FTF Y BSF) o de los engranajes (Tooth mesh).

3.4 TECNOLOGIA “SEE”3.4 TECNOLOGIA “SEE”La Tecnología “SEE” detecta defectos de rodamientos en un amplio rango de La Tecnología “SEE” detecta defectos de rodamientos en un amplio rango de aplicación. Esta nueva Tecnología “SEE” (Spectral Emitted Energy) desarrollada aplicación. Esta nueva Tecnología “SEE” (Spectral Emitted Energy) desarrollada por SKF Condition Monitoring, permite la detección temprana del contacto metal-por SKF Condition Monitoring, permite la detección temprana del contacto metal-metal, cuando existen limitaciones en la película lubricante o defectos en el metal, cuando existen limitaciones en la película lubricante o defectos en el rodamiento. Este contacto metal-metal se genera a muy altas frecuencias (250 Khz rodamiento. Este contacto metal-metal se genera a muy altas frecuencias (250 Khz – 350 Khz).– 350 Khz).

4. SENSORES DE VIBRACION4. SENSORES DE VIBRACIONEl primer paso en el monitoreo de las condiciones del estado de la maquinaria El primer paso en el monitoreo de las condiciones del estado de la maquinaria es la toma de las medidas vibracionales. Para estos se utilizan sensores que es la toma de las medidas vibracionales. Para estos se utilizan sensores que se acoplan al equipo a fin de captar la energía mecánica (inducida por la se acoplan al equipo a fin de captar la energía mecánica (inducida por la vibración) y convertiría en señal eléctrica, la misma que es medida y analizada vibración) y convertiría en señal eléctrica, la misma que es medida y analizada con la instrumentación disponible (vibrómetros y analizadores).con la instrumentación disponible (vibrómetros y analizadores).

Existen tres tipos básicos de sensores, que miden:Existen tres tipos básicos de sensores, que miden: Desplazamiento: la distancia relativa a su punto de referencia.Desplazamiento: la distancia relativa a su punto de referencia. Velocidad: es la relación del desplazamiento con respecto al tiempo.Velocidad: es la relación del desplazamiento con respecto al tiempo. Aceleración: es la variación de la velocidad vibracional en el tiempo.Aceleración: es la variación de la velocidad vibracional en el tiempo.

Aunque estas tres características vibracionales se relacionan Aunque estas tres características vibracionales se relacionan matemáticamente, tiene diferentes aplicaciones. La selección de la matemáticamente, tiene diferentes aplicaciones. La selección de la característica vibracional y el sensor a utilizarse está en función de varios característica vibracional y el sensor a utilizarse está en función de varios factores como son:factores como son:

Tipo de máquina, construcción y velocidad de operación.Tipo de máquina, construcción y velocidad de operación. Respuesta de la máquina a las variaciones operativas.Respuesta de la máquina a las variaciones operativas. Rango de frecuencia de la vibración esperada de la máquina.Rango de frecuencia de la vibración esperada de la máquina. Naturaleza y severidad de los problemas que pueden ser anticipados.Naturaleza y severidad de los problemas que pueden ser anticipados. Características del sensor.Características del sensor. Ubicación en la toma de medidas.Ubicación en la toma de medidas.

4.1 DESPLAZAMIENTO4.1 DESPLAZAMIENTO

Es desplazamiento en la mayoría de los casos es medido con un sensor Es desplazamiento en la mayoría de los casos es medido con un sensor denominado probeta de eddy. Este sensor es del tipo no-contacto y mide denominado probeta de eddy. Este sensor es del tipo no-contacto y mide la distancia relativa entre dos superficies. El monitoreo con probetas de la distancia relativa entre dos superficies. El monitoreo con probetas de eddy, permite evaluar la vibración del eje y es usado especialmente en eddy, permite evaluar la vibración del eje y es usado especialmente en máquinas con cojinetes lisos lubricados con aceite (turbinas, compresores máquinas con cojinetes lisos lubricados con aceite (turbinas, compresores centrífugos, etc.).centrífugos, etc.).

Estas probetas de desplazamiento, solamente miden el movimiento Estas probetas de desplazamiento, solamente miden el movimiento relativo del eje o rotor con respecto a la carcasa de la máquina. Si la relativo del eje o rotor con respecto a la carcasa de la máquina. Si la carcasa y el rotor se movieran juntos, el desplazamiento medido sería carcasa y el rotor se movieran juntos, el desplazamiento medido sería “cero”, a pesar que la máquina pudiese tener una severa vibración.“cero”, a pesar que la máquina pudiese tener una severa vibración.

Figura 8. Sensor de desplazamiento Eddy

Figura 9. Gráfico Orbital - dos sensores Eddy

4.1.1 Ventajas y desventajas de los sensores Eddy4.1.1 Ventajas y desventajas de los sensores Eddy

VentajasVentajas

Mide la distancia relativa entre dos superficies.Mide la distancia relativa entre dos superficies. Respuesta segura a baja frecuencia.Respuesta segura a baja frecuencia. Puede medir el movimiento estático y dinámico del eje.Puede medir el movimiento estático y dinámico del eje. No se desgastan.No se desgastan. Son pequeños.Son pequeños. Fáciles de calibrar.Fáciles de calibrar. Miden directamente el desplazamiento.Miden directamente el desplazamiento.

Desventajas:Desventajas:

Su sensibilidad se ve limitada en alta frecuencia.Su sensibilidad se ve limitada en alta frecuencia. Su instalación o reemplazo es dificultoso.Su instalación o reemplazo es dificultoso. Requiere de una fuente de energía externa.Requiere de una fuente de energía externa. Presenta sensibilidad en la calibración según el tipo del material del eje.Presenta sensibilidad en la calibración según el tipo del material del eje.

4.2 VELOCIDAD4.2 VELOCIDAD

Matemáticamente, la velocidad es la primera derivada del Matemáticamente, la velocidad es la primera derivada del desplazamiento y físicamente indica qué tan rápido se produce el desplazamiento y físicamente indica qué tan rápido se produce el desplazamiento.desplazamiento.

Los sensores de velocidad (pick-up) miden la vibración en las Los sensores de velocidad (pick-up) miden la vibración en las cajas de cojinetes o en la carcasa de la máquina. Un típico sensor cajas de cojinetes o en la carcasa de la máquina. Un típico sensor de velocidad consiste en un núcleo magnético suspendido por de velocidad consiste en un núcleo magnético suspendido por resortes y que se encuentra rodeado por una bobina.resortes y que se encuentra rodeado por una bobina.

4.2.1 Ventajas y desventajas de un sensor de velocidad.4.2.1 Ventajas y desventajas de un sensor de velocidad.

VentajasVentajas

Tiene muy buena respuesta en media frecuencia.Tiene muy buena respuesta en media frecuencia. Puede ser instalado sobre bases temporales.Puede ser instalado sobre bases temporales. Fácil de instalar.Fácil de instalar. No requiere de fuente externa de poder.No requiere de fuente externa de poder.

DesventajasDesventajas

Su uso se ve limitado en ambientes pesados o donde Su uso se ve limitado en ambientes pesados o donde existen fuertes campos magnéticos.existen fuertes campos magnéticos.

Su comportamiento se ve afectado por el uso.Su comportamiento se ve afectado por el uso. Difícil de calibrar.Difícil de calibrar.

4.3 ACELERACION4.3 ACELERACION

Matemáticamente la aceleración es la segunda derivada del Matemáticamente la aceleración es la segunda derivada del desplazamiento y físicamente indica cuan rápido varía la desplazamiento y físicamente indica cuan rápido varía la velocidad vibracional. La aceleración es medida con velocidad vibracional. La aceleración es medida con acelerómetros, estos a su vez, contienen uno o más cristales acelerómetros, estos a su vez, contienen uno o más cristales piezo-eléctricos y una masa que los presiona.piezo-eléctricos y una masa que los presiona.

Figura 10. Acelerómetro del tipo cristal piezo-eléctrico.

4.3.1 Ventajas y desventajas del acelerómetro.4.3.1 Ventajas y desventajas del acelerómetro.

VentajasVentajas

Buena respuesta a alta frecuencia.Buena respuesta a alta frecuencia. Existen algunos modelos para ambientes a alta temperatura.Existen algunos modelos para ambientes a alta temperatura. Son bastante confiables.Son bastante confiables. Son simples de instalar.Son simples de instalar. Son pequeños.Son pequeños.

DesventajasDesventajas

Posibilidad de captar ruidos de baja frecuencia (distorsión de la señal).Posibilidad de captar ruidos de baja frecuencia (distorsión de la señal). Requiere de elementos electrónicos adicionales para superar los Requiere de elementos electrónicos adicionales para superar los

problemas de impedancia en la señal de salida.problemas de impedancia en la señal de salida.

5. CONCLUSIONES5. CONCLUSIONESEs necesario seleccionar adecuadamente tanto el tipo de medición vibracional, como el Es necesario seleccionar adecuadamente tanto el tipo de medición vibracional, como el sensor a utilizarse a fin de detectar el estado del equipo y los defectos que tuviese.sensor a utilizarse a fin de detectar el estado del equipo y los defectos que tuviese.En casos en que se evalúen grandes máquinas, donde el peso de la masa estática del En casos en que se evalúen grandes máquinas, donde el peso de la masa estática del equipo es mucho mayor que el rotor, deberá medirse el desplazamiento con sensores equipo es mucho mayor que el rotor, deberá medirse el desplazamiento con sensores eddy. En este tipo de situaciones, el desplazamiento del eje es la medida más sensible. eddy. En este tipo de situaciones, el desplazamiento del eje es la medida más sensible. En el caso específico de turbomaquinaria de alta velocidad, el desplazamiento del eje En el caso específico de turbomaquinaria de alta velocidad, el desplazamiento del eje debe ser monitoreado a fin de proteger a la máquina y al personal. Las medidas del debe ser monitoreado a fin de proteger a la máquina y al personal. Las medidas del desplazamiento del eje permiten detectar defectos mecánicos como: desbalance, desplazamiento del eje permiten detectar defectos mecánicos como: desbalance, desalineamiento, flexionamiento en el eje e inestabilidad de la película lubricante del desalineamiento, flexionamiento en el eje e inestabilidad de la película lubricante del cojinete.cojinete.

Figura 11. Relación entre los sensores de desplazamiento, velocidad y aceleración con respecto a la frecuencia.

MODULO IIIMODULO IIITECNICAS DE ANALISIS TECNICAS DE ANALISIS

VIBRACIONALVIBRACIONAL

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

Después de medir los niveles de vibración de la máquina, la Después de medir los niveles de vibración de la máquina, la información medida es convertida en formatos de análisis para su información medida es convertida en formatos de análisis para su uso en análisis de condición de maquinaria. La tecnología actual uso en análisis de condición de maquinaria. La tecnología actual ofrece una amplia variedad de equipos de análisis de vibración ofrece una amplia variedad de equipos de análisis de vibración que usan microprocesadores para convertir la información de que usan microprocesadores para convertir la información de vibración de manera precisa y rápida.vibración de manera precisa y rápida.

Algunos modos de usar la vibración para determinar la condición Algunos modos de usar la vibración para determinar la condición de maquinaria incluyen la medición de niveles de vibración total, de maquinaria incluyen la medición de niveles de vibración total, análisis de frecuencia de vibración (Análisis de Espectro FFT) y análisis de frecuencia de vibración (Análisis de Espectro FFT) y análisis de señal en el dominio tiempo, en cada cojinete de la análisis de señal en el dominio tiempo, en cada cojinete de la máquina.máquina.

2. NIVEL DE VIBRACIÓN TOTAL2. NIVEL DE VIBRACIÓN TOTAL

El nivel de vibración total es una medida de la energía total El nivel de vibración total es una medida de la energía total asociada a todas las frecuencias de vibración procedentes de un asociada a todas las frecuencias de vibración procedentes de un punto de medición. Los niveles de vibración total se comparan con punto de medición. Los niveles de vibración total se comparan con los tomados con anterioridad, cuando la máquina operaba los tomados con anterioridad, cuando la máquina operaba correctamente y se definen los puntos de alarma que determinan correctamente y se definen los puntos de alarma que determinan las condiciones de estado actual. Los niveles de vibración total las condiciones de estado actual. Los niveles de vibración total también son proyectados por tendencia a fin de graficar cambios en también son proyectados por tendencia a fin de graficar cambios en la condición del equipo sobre un periodo de tiempo, ver Figura 1.la condición del equipo sobre un periodo de tiempo, ver Figura 1.

Figura 1. Ejemplo de un gráfico de tendencia total

3. ANALISIS ESPECTRAL FFT3. ANALISIS ESPECTRAL FFT

Establecer la causa de la vibración excesiva es probablemente la más Establecer la causa de la vibración excesiva es probablemente la más difícil tarea del análisis de maquinaria, debido diferentes problemas difícil tarea del análisis de maquinaria, debido diferentes problemas ocurren a menudo en diferentes frecuencias. Es muy usado analizar ocurren a menudo en diferentes frecuencias. Es muy usado analizar señales de vibración con respecto a la frecuencia, luego, el análisis señales de vibración con respecto a la frecuencia, luego, el análisis espectral es el método recomendado de análisis para resolver problemas espectral es el método recomendado de análisis para resolver problemas de vibración.de vibración.

Figura 2. Un espectro FTT simple, normalizado en órdenes, mostrando un pico alto a 1X

Figura 3. Espectro típico FFT de baja frecuencia mostrando un gran pico a 1X y 3 picos de órdenes 2, 3 y 4

Figura 4. Características espectrales de desalineamiento

Figura 5. Características espectrales de desbalance

Figura 6. Características espectrales de soltura mecánica

Figura 7. Tendencia de FFT en un diagrama de cascada

Figura 8. Gráfica Mostrando Amplificación a la Frecuencia Natural

Figura 9. Gráfica mostrando frecuencias resonantes fuera del rango de operación segura a la velocidad de giro

4. ONDAS EN EL DOMINIO TIEMPO4. ONDAS EN EL DOMINIO TIEMPO

A pesar de no ser usado como análisis de frecuencia, el análisis de ondas A pesar de no ser usado como análisis de frecuencia, el análisis de ondas en el dominio tiempo puede proveer información adicional sobre el estado en el dominio tiempo puede proveer información adicional sobre el estado de maquinaria, la cual no siempre es evidente en el espectro de de maquinaria, la cual no siempre es evidente en el espectro de frecuencia. Una onda en el dominio tiempo es una representación gráfica frecuencia. Una onda en el dominio tiempo es una representación gráfica de una muestra en un tiempo corto de la vibración total antes de que sea de una muestra en un tiempo corto de la vibración total antes de que sea convertida en un espectro de frecuencia, Ver Figura 10 convertida en un espectro de frecuencia, Ver Figura 10

Figura 10. Gráfica de onda en dominio tiempo mostrando desalineamiento

5. PLOTEOS ORBITALES5. PLOTEOS ORBITALES

Un ploteo orbital se produce por la combinación de señales de dos Un ploteo orbital se produce por la combinación de señales de dos sensores de vibración en dirección radial situados a 90 grados uno de sensores de vibración en dirección radial situados a 90 grados uno de otro.otro.

Figura 11. Ejemplo de un ploteo orbital

6. CAUSA Y EFECTO6. CAUSA Y EFECTO

Es importante notar que las mediciones tales como la vibración y Es importante notar que las mediciones tales como la vibración y la temperatura son los mejores indicadores de la condición de la temperatura son los mejores indicadores de la condición de maquinaria rotativa. Es decir, indican un problema, no son el maquinaria rotativa. Es decir, indican un problema, no son el problema. Por ejemplo, el desbalance excesivo produce problema. Por ejemplo, el desbalance excesivo produce vibración, lo cual hace fallar los cojinetes. La falla de los cojinetes vibración, lo cual hace fallar los cojinetes. La falla de los cojinetes puede manifestarse por el incremento de la vibración, sin puede manifestarse por el incremento de la vibración, sin embargo, es importante reconocer que la vibración incrementada embargo, es importante reconocer que la vibración incrementada es solo un síntoma, el problema real es desbalance. Si no se es solo un síntoma, el problema real es desbalance. Si no se quiere que los cojinetes vuelvan a fallar, hay que corregir el quiere que los cojinetes vuelvan a fallar, hay que corregir el desbalance. Los dos conceptos a tener en mente son:desbalance. Los dos conceptos a tener en mente son:

Estar atento a los síntomas. Estar atento a los síntomas. Buscar y corregir los problemas subyacentes.Buscar y corregir los problemas subyacentes. Buscar defectos de diseño. Los problemas y el excesivo Buscar defectos de diseño. Los problemas y el excesivo

mantenimiento son frecuentemente causados por falla o fallas de mantenimiento son frecuentemente causados por falla o fallas de diseño. En esta situación, la única manera de mejorar el diseño. En esta situación, la única manera de mejorar el mantenimiento es corregir dichos errores.mantenimiento es corregir dichos errores.

7. NUEVA TECNOLOGÍA DE FASES MULTI-PUNTOS 7. NUEVA TECNOLOGÍA DE FASES MULTI-PUNTOS (DIAGRAMA DE BURBUJAS)(DIAGRAMA DE BURBUJAS)

7.1 DIAGNOSTICO DE DESBALANCE7.1 DIAGNOSTICO DE DESBALANCEA continuación se presenta el típico Diagrama de Burbujas y el A continuación se presenta el típico Diagrama de Burbujas y el procedimiento de diagnóstico con la técnica de fases.procedimiento de diagnóstico con la técnica de fases.

ANALISIS DE FASES RADIALESANALISIS DE FASES RADIALES Determinar la fase relativa (diferencia) en la dirección vertical.Determinar la fase relativa (diferencia) en la dirección vertical. Vertical IB Vs. Vertical OB Vertical IB Vs. Vertical OB Determinar la fase relativa (diferencia) en la dirección horizontal.Determinar la fase relativa (diferencia) en la dirección horizontal. Horizontal IB Vs. Horizontal OBHorizontal IB Vs. Horizontal OB Compare estas fasesCompare estas fases

Si es <30°, el problema puede ser desbalance.Si es >30°, es más probable que no sea desbalance.

Determine las fases relativas radiales (diferencia) en ambos extremos.Determine las fases relativas radiales (diferencia) en ambos extremos. Vertical IB – Horizontal IBVertical IB – Horizontal IB Vertical OB – Horizontal OBVertical OB – Horizontal OB Si las diferencias son de 90°, estaríamos en un caso de desbalance.Si las diferencias son de 90°, estaríamos en un caso de desbalance. Si las diferencias no son de 90°, probablemente no sea desbalanceSi las diferencias no son de 90°, probablemente no sea desbalance

180º

ANÁLISIS DE AMPLITUDESANÁLISIS DE AMPLITUDES

Determinar los ratios de amplitud vertical.Determinar los ratios de amplitud vertical. Vertical IB-Vertical OBVertical IB-Vertical OB Determinar los ratios de amplitud horizontalDeterminar los ratios de amplitud horizontal Horizontal IB-Horizontal OBHorizontal IB-Horizontal OB Compare los ratios verticales y horizontalesCompare los ratios verticales y horizontales Si son similares (no más del 10% de diferencia): el problema puede Si son similares (no más del 10% de diferencia): el problema puede

ser desbalance.ser desbalance. Si no son similares: el problema probablemente no sea desbalance.Si no son similares: el problema probablemente no sea desbalance. Compare las amplitudes horizontales y verticalesCompare las amplitudes horizontales y verticales Las Amplitudes horizontales debe ser más altas en un 20% a 50% Las Amplitudes horizontales debe ser más altas en un 20% a 50%

(desbalance).(desbalance).

Regular posibilidades de desbalance

ANÁLISIS DE FASES AXIALESANÁLISIS DE FASES AXIALES

Determinar las fases relativas de ambos extremos axiales.Determinar las fases relativas de ambos extremos axiales. Si son similares: el problema puede ser desbalance.Si son similares: el problema puede ser desbalance. Si son diferentes: el problema puede que no sea desbalance.Si son diferentes: el problema puede que no sea desbalance. Determinar la fase relativa sobre la izquierda y sobre la Determinar la fase relativa sobre la izquierda y sobre la

derecha de ambos extremos de la maquina.derecha de ambos extremos de la maquina. Si el desbalance es más estático (debido al rotor), la fase Si el desbalance es más estático (debido al rotor), la fase

relativa será de 0°.relativa será de 0°. Si el desbalance es inducido por el efecto cupla la fase Si el desbalance es inducido por el efecto cupla la fase

relativa será de 180°.relativa será de 180°.

AMPLITUD AXIALAMPLITUD AXIAL

Compare la más alta amplitud axial con la más alta radial.Compare la más alta amplitud axial con la más alta radial. Si la amplitud axial < 30% de la radial, el problema puede ser Si la amplitud axial < 30% de la radial, el problema puede ser

desbalance.desbalance. Si la amplitud axial > 30% de la radial, el problema Si la amplitud axial > 30% de la radial, el problema

probablemente no sea desbalance.probablemente no sea desbalance.

7.2 DIAGNOSTICO DE DESALINEAMIENTO7.2 DIAGNOSTICO DE DESALINEAMIENTO

Para el diagnóstico de desalineamiento debe evaluarse las fases Para el diagnóstico de desalineamiento debe evaluarse las fases relativas radiales:relativas radiales:

Verticales IB Vs. Verticales OB Verticales IB Vs. Verticales OB Horizontales IB Vs. Horizontales OB.Horizontales IB Vs. Horizontales OB.

Así como las verticales con sus componentes horizontales, Así como las verticales con sus componentes horizontales, conforme se ve el siguiente ejemplo:conforme se ve el siguiente ejemplo:

MOTRIZ CONDUCIDA

Fases relativas verticales = 180º Fases relativas verticales: 120º

Fases relativas horizontales = 90º Fases relativas horizontales: 90º

Diferencia = 90º Diferencia: 30º

Lecturas de 180º: 01

Lecturas de 0º: 03

Total: 04

Conclusión: Existe un desalineamiento moderado

8. ANÁLISIS DE ENVOLVENTE DE ACELERACIÓN PARA 8. ANÁLISIS DE ENVOLVENTE DE ACELERACIÓN PARA RODAMIENTOS Y ENGRANAJESRODAMIENTOS Y ENGRANAJES

8.1 QUE ES LA ENVOLVENTE (ENVELOPING)?8.1 QUE ES LA ENVOLVENTE (ENVELOPING)?

La detección de envolvente es un método basado en la intensificación de La detección de envolvente es un método basado en la intensificación de los componentes repetitivos de una señal dinámica que permite obtener los componentes repetitivos de una señal dinámica que permite obtener una alarma temprana de las condiciones mecánicas de deterioro, que una alarma temprana de las condiciones mecánicas de deterioro, que están asociadas a rodamientos y Engranajes.están asociadas a rodamientos y Engranajes.

La frecuencia de vibración causada por un defecto en el rodamiento La frecuencia de vibración causada por un defecto en el rodamiento depende de los impactos que se produzcan en el mismo. Los elementos depende de los impactos que se produzcan en el mismo. Los elementos rodantes que impactan en el defecto causan impulsos repetitivos. Los rodantes que impactan en el defecto causan impulsos repetitivos. Los mismos que están en función del número de bolas - rodillos, geometría del mismos que están en función del número de bolas - rodillos, geometría del rodamiento y ubicación del defecto, por ejemplo, si hay una picadura en la rodamiento y ubicación del defecto, por ejemplo, si hay una picadura en la pista exterior, cada bola - rodillo la impactará y causará una señal de pista exterior, cada bola - rodillo la impactará y causará una señal de vibración. Esta señal frecuentemente es identificada como un múltiplo de vibración. Esta señal frecuentemente es identificada como un múltiplo de frecuencia de rotación, este múltiplo depende de la geometría del frecuencia de rotación, este múltiplo depende de la geometría del rodamiento y del número de bolas - rodillos.rodamiento y del número de bolas - rodillos.

MODULO IVMODULO IVANALISIS VIBRACIONAL Y ANALISIS VIBRACIONAL Y

ANALISIS DE CORRIENTE EN ANALISIS DE CORRIENTE EN MOTORES ELECTRICOSMOTORES ELECTRICOS

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

El análisis vibracional (Espectros FFT) viene siendo utilizado para El análisis vibracional (Espectros FFT) viene siendo utilizado para detectar principalmente problemas mecánicos, sin embargo en los detectar principalmente problemas mecánicos, sin embargo en los últimos años su uso se ha extendido al diagnóstico de anomalías últimos años su uso se ha extendido al diagnóstico de anomalías eléctricas en motores de corriente alterna y continua.eléctricas en motores de corriente alterna y continua.En esta oportunidad vamos a precisar las bases de diagnóstico de anomalías En esta oportunidad vamos a precisar las bases de diagnóstico de anomalías eléctricas en motores de inducción, a través del Análisis Vibracional y la eléctricas en motores de inducción, a través del Análisis Vibracional y la confirmación de la magnitud del daño con la aplicación del Análisis de confirmación de la magnitud del daño con la aplicación del Análisis de corriente.corriente.Para el diagnóstico por Análisis Vibracional (espectros FFT) consideraremos la Para el diagnóstico por Análisis Vibracional (espectros FFT) consideraremos la carta de diagnóstico del Technical Associates of Charlotte (Figura 2), así como carta de diagnóstico del Technical Associates of Charlotte (Figura 2), así como las Figuras 1, 2 y 3.las Figuras 1, 2 y 3.

Figura 1. Diagrama de un motor de inducción (vista frontal)

Figura 2. Carta de diagnóstico del Technical Associate of Charlotte

Figura 3. Vista isométrica de un rotor, incluyendo las barras rotóricas, anillos de cortocircuito y rotor de laminillas.

Figura 4. Entrehierro entre motor y estator

2. ESPECTROS FFT TIPICOS DE DIAGNOSTICO2. ESPECTROS FFT TIPICOS DE DIAGNOSTICOA continuación presentamos algunas consideraciones que deben A continuación presentamos algunas consideraciones que deben tomarse en cuenta en el diagnóstico por Análisis Vibracional.tomarse en cuenta en el diagnóstico por Análisis Vibracional.

El entrehierro (air gap) diferencial no debe exceder del 5% en los motores de El entrehierro (air gap) diferencial no debe exceder del 5% en los motores de inducción ni del 10% en los motores síncronos.inducción ni del 10% en los motores síncronos.

Considere los siguientes límites permisibles, para amplitudes filtradas a 2 Considere los siguientes límites permisibles, para amplitudes filtradas a 2 veces la frecuencia de línea (2FL), para motores comprendidos entre 50 y veces la frecuencia de línea (2FL), para motores comprendidos entre 50 y 1000 HP.1000 HP. 0.10 in/s - Pico (1.8 mm/s – RMS) para motores en servicio.0.10 in/s - Pico (1.8 mm/s – RMS) para motores en servicio. 0.05 in/s - Pico (0.9 mm/s – RMS) para motores nuevos o reparados.0.05 in/s - Pico (0.9 mm/s – RMS) para motores nuevos o reparados. 0.025 in/s - Pico (0.45 mm/s – RMS) para motores de máquinas herramientas.0.025 in/s - Pico (0.45 mm/s – RMS) para motores de máquinas herramientas.

Dos veces la frecuencia de línea (2FL) = 7200 CPM para 60 Hertz.Dos veces la frecuencia de línea (2FL) = 7200 CPM para 60 Hertz.Frecuencia de paso de polos (polo pass frequency FP).Frecuencia de paso de polos (polo pass frequency FP). Fp = # Polos X Frecuencia de deslizamiento (Fs)Fp = # Polos X Frecuencia de deslizamiento (Fs) Fs = Ns – RPMFs = Ns – RPM Ns: velocidad síncronaNs: velocidad síncrona RPM: velocidad del motorRPM: velocidad del motor

Frecuencia de paso de barras del rotor (RBPF)Frecuencia de paso de barras del rotor (RBPF) RBPF = # barras del rotor X RPMRBPF = # barras del rotor X RPM

Límites permisibles a la frecuencia RBPFLímites permisibles a la frecuencia RBPF Alarma: 0.06 in/s - Pico (1.08 mm/s – RMS)Alarma: 0.06 in/s - Pico (1.08 mm/s – RMS) Parada: 0.10 in/s - Pico (1.80 mm/s – RMS)Parada: 0.10 in/s - Pico (1.80 mm/s – RMS)

Figura 5. Espectro de motor con 12.000 CPM (Fmax)

Figura 6. Espectro amplificado de motor con amplitud LOG

Figura 7. Espectro con amplitud LOG, mostrando claramente bandas laterales de frecuencia de paso de polos de 1X a 4X RPM.

Figura 8. Espectro de amplitud lineal, no mostrado adecuadamente bandas laterales de frecuencia de paso de múltiples polos.

Figura 9. Espectro amplificado de amplitud logarítmica indicando claramente 1X RPM y bandas laterales de paso de polos

Figura 10. Espectro normal PMP con Fmax: 50X RPM

Figura 11. Espectro amplificado indicando problema en el centro del estator

Figura 12. Espectro de 30.000 CPM para motor de bomba de agua de recirculación

Figura 13. Espectro amplificado indicando un rotor excéntrico

Figura 14. 30.000 CPM spectrum on a centac motor (posición 2H)

Figura 15. Zoom spectrum around 1XRPM showing multiple pole pass sidebands (broken or craked rotors bars-shorting ring problems indicated)

Figura 16. Zoom spectrum around 2X RPM (pole pass sidebands also here)

Figura 17. Zoom spectrum around 3X RPM (note pole pass sidebands also here)

Figura 18. Problemas severos detectados en barras de rotor a 2X RBPF, pero completamente perdido a 1X, frecuencia de paso de barras del rotor 1X RBPF

Figura 19. Problema severo de barras de rotor (detectado a frecuencia de paso de barras de rotor a 2X)

Figura 20. Ajuste de bandas de alarma espectral para un motor (6 polos) de bomba de condensado

Figura 21. Ejemplo de espectro de un motor con problemas de torque pulsante

3. ANALISIS DE CORRIENTE EN MOTORES DE 3. ANALISIS DE CORRIENTE EN MOTORES DE INDUCCIONINDUCCION

3.1 BENEFICIOS DEL ANÁLISIS DE CORRIENTE3.1 BENEFICIOS DEL ANÁLISIS DE CORRIENTEA continuación se presentan algunos beneficios que se obtienen de la A continuación se presentan algunos beneficios que se obtienen de la aplicación del análisis de corriente en motores de inducción.aplicación del análisis de corriente en motores de inducción.

El análisis puede ser efectuado desde el centro de control o tablero de El análisis puede ser efectuado desde el centro de control o tablero de distribución (lejos del equipo), sobre todo en equipos de alto riesgo.distribución (lejos del equipo), sobre todo en equipos de alto riesgo.

Detección de anormalidades en el motor conforme se detalla en la Detección de anormalidades en el motor conforme se detalla en la tabla de la Figura 22.tabla de la Figura 22.

Figura 22. Problemas detectados con el análisis de corriente en motores (en función de parámetros y frecuencias)

Donde:Donde:Fag: frecuencia de contacto del rotor (Hz o CPM)Fag: frecuencia de contacto del rotor (Hz o CPM)FL: frecuencia de la línea (HZ o CPM).FL: frecuencia de la línea (HZ o CPM).nrt: número entero (1,2,3....)nrt: número entero (1,2,3....)R: número de barras del rotorR: número de barras del rotore: número entero (0 para excentricidad estática), e: número entero (0 para excentricidad estática),

(1,2,3....para excentricidad dinámica)(1,2,3....para excentricidad dinámica)s: deslizamiento porcentual del motors: deslizamiento porcentual del motorP: número de pares de polosP: número de pares de polosnws: número de orden armónico (1,3,5,7...)nws: número de orden armónico (1,3,5,7...)

nws

Ps)-(1 e) Rnrt (FLFag

3.2 INSTRUMENTACION REQUERIDA3.2 INSTRUMENTACION REQUERIDA

Los instrumentos requeridos para Análisis de Corriente, se Los instrumentos requeridos para Análisis de Corriente, se especifican a continuación:especifican a continuación:

Analizador de estado de condición (equivalente a un MX-300 Data Analizador de estado de condición (equivalente a un MX-300 Data Logger).Logger).

Pinzas amperimétricas compatibles con el analizador (en un rango de Pinzas amperimétricas compatibles con el analizador (en un rango de 200 A - 200 A y 40 A - 400 A con capacidad hasta 1000 A a 750 200 A - 200 A y 40 A - 400 A con capacidad hasta 1000 A a 750 voltios).voltios).

Software: análisis de corriente .Software: análisis de corriente .

3.3 PROCEDIMIENTO Y CARACTERÍSTICAS DE LA MEDICION Y 3.3 PROCEDIMIENTO Y CARACTERÍSTICAS DE LA MEDICION Y DIAGNOSTICODIAGNOSTICO

Como primera acción, debe evaluarse la corriente que conduce Como primera acción, debe evaluarse la corriente que conduce cada fase, las mismas que no deben variar más del 3%. Si la cada fase, las mismas que no deben variar más del 3%. Si la variación excede el 3% en algunas de las fases, tendremos la variación excede el 3% en algunas de las fases, tendremos la presencia de anormalidades en el estator, conforme se indicó en la presencia de anormalidades en el estator, conforme se indicó en la Figura 22.Figura 22.

Figura 23. Espectro de corriente motor sin barras rotas

Figura 24. Espectro de corriente, rotor con una barra rota (motor tipo figura anterior)

Figura 26. Espectro de corriente, rotor con dos barras rotas bajo carga reducida

Figura 27. Espectro de corriente, rotor con dos barras rotas bajo plena carga

4. CASO HISTORICO POR ANALISIS VIBRACIONAL Y DE CORRIENTE 4. CASO HISTORICO POR ANALISIS VIBRACIONAL Y DE CORRIENTE DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN DE UN VENTILADOR DE TIRO DE UN MOTOR DE INDUCCIÓN DE UN VENTILADOR DE TIRO FORZADOFORZADO

4.1 CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO4.1 CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO

4.2 RESULTADOS DE EVALUACION4.2 RESULTADOS DE EVALUACION

4.2.1 ANALISIS VIBRACIONAL4.2.1 ANALISIS VIBRACIONAL

Los niveles vibracionales totales (overall) registraron valores bastantes Los niveles vibracionales totales (overall) registraron valores bastantes bajos (0.025 in/s -pico = 0.45 mm/s - RMS) que a primera vista estarían bajos (0.025 in/s -pico = 0.45 mm/s - RMS) que a primera vista estarían indicando condiciones satisfactorias, sin embargo durante las pruebas a indicando condiciones satisfactorias, sin embargo durante las pruebas a velocidad variable se escuchó un zumbido de considerable intensidad y velocidad variable se escuchó un zumbido de considerable intensidad y niveles puntuales de 4 g´s de aceleración vibracional.niveles puntuales de 4 g´s de aceleración vibracional.

A fin de determinar las anormalidades observadas en el punto 1A A fin de determinar las anormalidades observadas en el punto 1A (overall de mayor valor) y cuyo espectro frecuencial se muestra en (overall de mayor valor) y cuyo espectro frecuencial se muestra en la Figura 28. En dicho espectro se puede observar la velocidad de la Figura 28. En dicho espectro se puede observar la velocidad de giro (1X) y armónicas (NX), para lo cual se usó una escala giro (1X) y armónicas (NX), para lo cual se usó una escala logarítmica en el eje de las amplitudes. (Las armónicas múltiples logarítmica en el eje de las amplitudes. (Las armónicas múltiples ya estaban indicando una anormalidad, la cual debería ya estaban indicando una anormalidad, la cual debería investigarse).investigarse).

4.2.2 ANALISIS DE CORRIENTE DEL MOTOR4.2.2 ANALISIS DE CORRIENTE DEL MOTOR

Considerando que el análisis vibracional viene indicando problemas Considerando que el análisis vibracional viene indicando problemas potenciales en el rotor, es que se recomienda aplicar el análisis de potenciales en el rotor, es que se recomienda aplicar el análisis de corriente para confirmar el diagnóstico. El análisis de corriente que ha corriente para confirmar el diagnóstico. El análisis de corriente que ha continuación se presentará fue efectuado en el circuito secundario, continuación se presentará fue efectuado en el circuito secundario, utilizando una pinza-transformador de corriente y un analizador de utilizando una pinza-transformador de corriente y un analizador de espectros frecuenciales.espectros frecuenciales.

La Figura 32 muestra el espectro de corriente tomado en el motor, con la La Figura 32 muestra el espectro de corriente tomado en el motor, con la aplicación de un ZOOM al entorno de la frecuencia de línea (FL) 51.023 aplicación de un ZOOM al entorno de la frecuencia de línea (FL) 51.023 Hz o 3061 CPM, con una amplitud de 1.89 Amperios., mientras que la Hz o 3061 CPM, con una amplitud de 1.89 Amperios., mientras que la banda lateral de la frecuencia de paso de polos ubicada a la izquierda de banda lateral de la frecuencia de paso de polos ubicada a la izquierda de la FL, tiene una amplitud de 0.0510 Amperios, lo que equivale a una la FL, tiene una amplitud de 0.0510 Amperios, lo que equivale a una relación de 37.1 (1.89/0.051) o 31.4 dB.relación de 37.1 (1.89/0.051) o 31.4 dB.

Figura 28. Espectro vibracional del motor, mostrando excesivas armónicas NX

Figura 29. Zoom espectral mostrando, bandas laterales alrededor de la velocidad de giro 1X

Figura 30. Zoom espectral mostrando bandas laterales a la frecuencia 2X

Figura 31. Zoom espectral mostrando bandas laterales alrededor de las frecuencias 22X a 25X

Figura 32. Análisis espectral de corriente del motor

Figura 33. Análisis espectral de corriente de un motor similar al mostrado en la Figura 32

MODULO VMODULO VDIAGNOSTICO DE DIAGNOSTICO DE

PROBLEMAS TIPICOSPROBLEMAS TIPICOS

1. IDEN1. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA Y TECNICAS DE TIFICACION DEL PROBLEMA Y TECNICAS DE SOLUCIÓNSOLUCIÓN

Cuando el cuerpo humano esta enfermo, cambian sus signos vitales de Cuando el cuerpo humano esta enfermo, cambian sus signos vitales de temperatura, tensión sanguínea y pulsación. Esos cambios son síntomas temperatura, tensión sanguínea y pulsación. Esos cambios son síntomas de la enfermedad y los doctores los analizan para determinar como de la enfermedad y los doctores los analizan para determinar como tratarla. Lo mismo ocurre con las máquinas, porque cuando están tratarla. Lo mismo ocurre con las máquinas, porque cuando están enfermas sus signos vitales también cambian. La diferencia estriba en enfermas sus signos vitales también cambian. La diferencia estriba en que los signos vitales de la máquina son sus patrones de vibración. que los signos vitales de la máquina son sus patrones de vibración. Cuando la máquina esta enferma, las amplitudes y/o frecuencias que Cuando la máquina esta enferma, las amplitudes y/o frecuencias que normalmente generan, también cambian y a menudo incluso, aparecen normalmente generan, también cambian y a menudo incluso, aparecen nuevas frecuencias. Todo lo que hay que hacer para solucionar un nuevas frecuencias. Todo lo que hay que hacer para solucionar un problema de vibración es determinar la causa de los cambios. problema de vibración es determinar la causa de los cambios.

Esto también resulta verdad en la profesión médica, porque todo lo que Esto también resulta verdad en la profesión médica, porque todo lo que un doctor tiene que hacer para curar la enfermedad es determinar la un doctor tiene que hacer para curar la enfermedad es determinar la causa que produce el cambio de temperatura del cuerpo, presión causa que produce el cambio de temperatura del cuerpo, presión sanguínea y otros signos vitales. En ambas situaciones la tarea parece sanguínea y otros signos vitales. En ambas situaciones la tarea parece simple, sin embargo, en ambos casos los problemas suelen ser de simple, sin embargo, en ambos casos los problemas suelen ser de naturaleza compleja. Las máquinas también se pueden comparar con naturaleza compleja. Las máquinas también se pueden comparar con los humanos de otra forma y es el hecho de que cada una es diferente. los humanos de otra forma y es el hecho de que cada una es diferente. Por esto, dos máquinas que tengan patrones de vibración muy similar, Por esto, dos máquinas que tengan patrones de vibración muy similar, pueden tener problemas completamente diferentes y se requiere una pueden tener problemas completamente diferentes y se requiere una amplia investigación para llegar a la raíz del problema.amplia investigación para llegar a la raíz del problema.

1.1 Desbalance1.1 Desbalance

Un desbalance puro se da en una frecuencia de vibración a la velocidad de Un desbalance puro se da en una frecuencia de vibración a la velocidad de operación fundamental de la máquina. Si embargo debemos tener cuidado operación fundamental de la máquina. Si embargo debemos tener cuidado con nuestro diagnóstico, porque hay otras consideraciones que también se con nuestro diagnóstico, porque hay otras consideraciones que también se manifiestan a la frecuencia fundamental, además del hecho que existen manifiestan a la frecuencia fundamental, además del hecho que existen varios tipos de desbalance. Veamos las otras condiciones que suelen darse a varios tipos de desbalance. Veamos las otras condiciones que suelen darse a la frecuencia fundamental:la frecuencia fundamental:

1.2 Aflojamiento1.2 Aflojamiento

Según lo que se afloje y la cantidad, la amplitud de la frecuencia Según lo que se afloje y la cantidad, la amplitud de la frecuencia fundamental puede variar por la adición de la fase y la resta de la amplitud fundamental puede variar por la adición de la fase y la resta de la amplitud generada por el componente flojo. Las frecuencias sub-armónicas y/o generada por el componente flojo. Las frecuencias sub-armónicas y/o armónicas se suelen generar.armónicas se suelen generar.

1.3 Doblamiento del eje1.3 Doblamiento del eje

Esta condición ocasiona desbalance, pero también puede producir Esta condición ocasiona desbalance, pero también puede producir desalineamiento excesivo y roces. La causa del doblamiento puede ser de desalineamiento excesivo y roces. La causa del doblamiento puede ser de naturaleza temporal o permanente. Según la magnitud del doblamiento y naturaleza temporal o permanente. Según la magnitud del doblamiento y diseño del rotor, la amplitud en la frecuencia fundamental puede aumentar diseño del rotor, la amplitud en la frecuencia fundamental puede aumentar con la velocidad a una relación mucho mayor que la del simple desbalance con la velocidad a una relación mucho mayor que la del simple desbalance mecánico. Esto se debe a que la fuerza centrífuga hace que el doblamiento mecánico. Esto se debe a que la fuerza centrífuga hace que el doblamiento empeore, lo que induce un mayor desbalance. La segunda armónica empeore, lo que induce un mayor desbalance. La segunda armónica también puede estar presente si el doblamiento ocasiona un también puede estar presente si el doblamiento ocasiona un desalineamiento excesivo. Si el doblamiento es grave como para causar desalineamiento excesivo. Si el doblamiento es grave como para causar roces, se generaran frecuencias mucho más altas que la fundamental.roces, se generaran frecuencias mucho más altas que la fundamental.

1.4 Desalineamiento1.4 Desalineamiento

Esta condición suele generar la fundamental y la segunda armónica, Esta condición suele generar la fundamental y la segunda armónica, según el origen del desalineamiento, su severidad y el diseño de la según el origen del desalineamiento, su severidad y el diseño de la máquina. Un desalineamiento del cojinete de empuje muy usado puede máquina. Un desalineamiento del cojinete de empuje muy usado puede ocasionar el doblamiento del eje, lo que se refleja en la generación de la ocasionar el doblamiento del eje, lo que se refleja en la generación de la frecuencia fundamental. Si el desalineamiento genera la segunda frecuencia fundamental. Si el desalineamiento genera la segunda armónica, la frecuencia fundamental se incrementa o reduce, según la armónica, la frecuencia fundamental se incrementa o reduce, según la suma o resta de la fase.suma o resta de la fase.

1.5 Acoplamiento bloqueado1.5 Acoplamiento bloqueado

Suele presentar los mismos síntomas que el desalineamiento. Además Suele presentar los mismos síntomas que el desalineamiento. Además los rotores afectados se suelen mover juntos axialmente.los rotores afectados se suelen mover juntos axialmente.

1.6 Resonancia1.6 Resonancia

La resonancia estructural o de carcasa puede generar la frecuencia La resonancia estructural o de carcasa puede generar la frecuencia fundamental. Una instalación de sonda resonante también puede fundamental. Una instalación de sonda resonante también puede generar la fundamental y representar falsamente la condición de la generar la fundamental y representar falsamente la condición de la máquina. Algunas cimentaciones pueden permitir que la vibración máquina. Algunas cimentaciones pueden permitir que la vibración externa, de otras máquinas próximas afecten la máquina en cuestión. Si externa, de otras máquinas próximas afecten la máquina en cuestión. Si las velocidades de operación se hallan próximas, se generan frecuencias las velocidades de operación se hallan próximas, se generan frecuencias de “golpeteo”; la amplitud de la frecuencia fundamental de la máquina de “golpeteo”; la amplitud de la frecuencia fundamental de la máquina observada pulsará a la vez que las dos señales entran y salen de fase.observada pulsará a la vez que las dos señales entran y salen de fase.

1.7 Tensión de la carcasa1.7 Tensión de la carcasa

Las tensiones excesivas de tubería “soft-foot” provocan una vibración Las tensiones excesivas de tubería “soft-foot” provocan una vibración fundamental de la amplitud. La segunda armónica también puede fundamental de la amplitud. La segunda armónica también puede estar presente si la tensión es lo bastante grande para que afecte de estar presente si la tensión es lo bastante grande para que afecte de forma adversa el alineamiento del cojinete. La tensión de la carcasa forma adversa el alineamiento del cojinete. La tensión de la carcasa también produce desalineamiento interno que puede producir roces.también produce desalineamiento interno que puede producir roces.

1.8 Velocidades Críticas 1.8 Velocidades Críticas

La operación en el rango de la velocidad crítica de un rotor se refleja La operación en el rango de la velocidad crítica de un rotor se refleja en la frecuencia fundamental, la amplitud depende de las en la frecuencia fundamental, la amplitud depende de las características de amortiguación de la máquina instalada. La características de amortiguación de la máquina instalada. La vibración estará sometida a un cambio de fase al cambiar la vibración estará sometida a un cambio de fase al cambiar la velocidad, lo que es característico de una velocidad crítica del rotor. velocidad, lo que es característico de una velocidad crítica del rotor. Un compresor centrífugo con sellos flotantes puede estar operando en Un compresor centrífugo con sellos flotantes puede estar operando en situación crítica por un sello bloqueado que actúa como un cojinete.situación crítica por un sello bloqueado que actúa como un cojinete.

1.9 Holgura excesiva del cojinete1.9 Holgura excesiva del cojinete

Un cojinete produce una frecuencia fundamental de alta amplitud por Un cojinete produce una frecuencia fundamental de alta amplitud por perdida de amortiguación. Las pequeñas amplitudes resultantes del perdida de amortiguación. Las pequeñas amplitudes resultantes del desbalance residual aceptable de un roto, se pueden ampliar. Las desbalance residual aceptable de un roto, se pueden ampliar. Las amplitudes a las velocidades críticas también se pueden ampliar amplitudes a las velocidades críticas también se pueden ampliar bastante por la perdida de amortiguación.bastante por la perdida de amortiguación.

1.10 Esfuerzos del rotor1.10 Esfuerzos del rotor

Algunos diseños de rotor pueden resultar en grandes tensiones residuales Algunos diseños de rotor pueden resultar en grandes tensiones residuales entre el eje y las ruedas puestas en caliente. Un ajuste en caliente muy entre el eje y las ruedas puestas en caliente. Un ajuste en caliente muy apretado, en ambos extremos de una amplia rueda, no permiten que una apretado, en ambos extremos de una amplia rueda, no permiten que una rueda “crezca” en el eje durante la puesta en marcha, o cuando existen rueda “crezca” en el eje durante la puesta en marcha, o cuando existen temperaturas diferenciales entre el eje y la rueda. Esto resulta en temperaturas diferenciales entre el eje y la rueda. Esto resulta en esfuerzos que pueden o no relajarse por si mismos durante la operación esfuerzos que pueden o no relajarse por si mismos durante la operación normal. El resultado final es un eje doblado que se presenta como normal. El resultado final es un eje doblado que se presenta como desbalance. Esta condición también puede producir amplitudes muy altas desbalance. Esta condición también puede producir amplitudes muy altas en el rango crítico, si las tensiones se relajan por el doblamiento natural en el rango crítico, si las tensiones se relajan por el doblamiento natural del eje en su primer doblamiento crítico.del eje en su primer doblamiento crítico.

1.11 Descarga electromagnética1.11 Descarga electromagnética

Los componentes magnetizados en una máquina giratoria pueden generar Los componentes magnetizados en una máquina giratoria pueden generar corrientes de alto amperaje de la misma forma que un generador, que al corrientes de alto amperaje de la misma forma que un generador, que al fugarse atraviesan la película de lubricación dañando gravemente las fugarse atraviesan la película de lubricación dañando gravemente las superficies de los cojinetes y ejes, las holguras se hacen excesivas y se superficies de los cojinetes y ejes, las holguras se hacen excesivas y se pierde la amortiguación.pierde la amortiguación.

2. CONCLUSION2. CONCLUSION

Aunque otras condiciones pueden hacer generar la frecuencia Aunque otras condiciones pueden hacer generar la frecuencia fundamental. Esto nos muestra por lo menos diez condiciones que fundamental. Esto nos muestra por lo menos diez condiciones que nos son de desbalance, que pueden generar una amplitud de nos son de desbalance, que pueden generar una amplitud de vibración a 1XRPM. Esta es la causa por la que el análisis es vibración a 1XRPM. Esta es la causa por la que el análisis es complejo y también explica el porque no se pueden aplicar complejo y también explica el porque no se pueden aplicar siempre reglas inflexibles y rápidas a una situación dada. Sin siempre reglas inflexibles y rápidas a una situación dada. Sin embrago, todavía hay gente que cree que cuando se presenta una embrago, todavía hay gente que cree que cuando se presenta una frecuencia fundamental de alta amplitud, el problema es de frecuencia fundamental de alta amplitud, el problema es de desbalance.desbalance.

CASOS TIPICOSCASOS TIPICOS

MODULO VIMODULO VIINTRODUCCION A LAS PRUEBAS DE INTRODUCCION A LAS PRUEBAS DE

DIAGNOSTICO DE FRECUENCIAS DIAGNOSTICO DE FRECUENCIAS NATURALES Y SU INSTRUMENTACIONNATURALES Y SU INSTRUMENTACION

1. 1. INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Todos los sistemas mecánicos tienen un conjunto de frecuencias Todos los sistemas mecánicos tienen un conjunto de frecuencias naturales y cada una de ellas sus propias características de naturales y cada una de ellas sus propias características de amortiguamiento. Estas frecuencias naturales se encuentran amortiguamiento. Estas frecuencias naturales se encuentran congeladas hasta que son excitadas desde el entorno.congeladas hasta que son excitadas desde el entorno.

La vibración que inicialmente pudiese haber sido de un La vibración que inicialmente pudiese haber sido de un valor bajo, es considerablemente amplificada por una valor bajo, es considerablemente amplificada por una fuerza externa, por ejemplo por un desbalance, un fuerza externa, por ejemplo por un desbalance, un desalineamiento o quizás por una frecuencia de paso de desalineamiento o quizás por una frecuencia de paso de alabes de un rodete de un ventilador que coincida o se alabes de un rodete de un ventilador que coincida o se encuentre cerca con alguna de las frecuencias naturales encuentre cerca con alguna de las frecuencias naturales del equipo o del sistema. A este fenómeno se le conoce del equipo o del sistema. A este fenómeno se le conoce como resonancia.como resonancia.

En este artículo se presentaran varias técnicas e instrumentos En este artículo se presentaran varias técnicas e instrumentos que pueden ser usados para evaluar y medir las frecuencias que pueden ser usados para evaluar y medir las frecuencias naturales, como son las pruebas de impacto, las pruebas de naturales, como son las pruebas de impacto, las pruebas de “coastdown” y “runup”, así como la adquisición e interpretación “coastdown” y “runup”, así como la adquisición e interpretación de los diagramas de Bodé y Polar.de los diagramas de Bodé y Polar.

2. DIFERENCIA ENTRE FRECUENCIA NATURAL, 2. DIFERENCIA ENTRE FRECUENCIA NATURAL, RESONANCIA Y VELOCIDAD CRITICA.RESONANCIA Y VELOCIDAD CRITICA.

Para aclarar estos términos, a continuación presentamos las siguientes definiciones:Para aclarar estos términos, a continuación presentamos las siguientes definiciones:

Frecuencia NaturalFrecuencia NaturalLa frecuencia natural debe definirse como la frecuencia de libre vibración de un La frecuencia natural debe definirse como la frecuencia de libre vibración de un sistema. La frecuencia a la cual un sistema no amortiguado que con un simple sistema. La frecuencia a la cual un sistema no amortiguado que con un simple grado de libertad oscilará hasta una momentánea amplitud desde su posición de grado de libertad oscilará hasta una momentánea amplitud desde su posición de reposo.reposo.

ResonanciaResonanciaSe define como resonancia, a la condición que se presenta cuando una o unas Se define como resonancia, a la condición que se presenta cuando una o unas frecuencias forzadas, coinciden con una(s) frecuencias naturales. Estas frecuencias forzadas, coinciden con una(s) frecuencias naturales. Estas frecuencias naturales pueden ser del rotor, de la estructura, de la cimentación, de frecuencias naturales pueden ser del rotor, de la estructura, de la cimentación, de las tuberías o del sistema de transmisión de fajas, mientras que las frecuencias las tuberías o del sistema de transmisión de fajas, mientras que las frecuencias forzadas pueden ser las provenientes del desbalance, desalineamiento, soltura, forzadas pueden ser las provenientes del desbalance, desalineamiento, soltura, daños en los rodamientos o engranajes, etc.daños en los rodamientos o engranajes, etc.

Velocidad CríticaVelocidad CríticaLas velocidades críticas son un caso especial de resonancia. Muchas veces la Las velocidades críticas son un caso especial de resonancia. Muchas veces la ejecución de las pruebas de detección de velocidades críticas son más ejecución de las pruebas de detección de velocidades críticas son más complicadas que las pruebas de detección de resonancia, debido a que las complicadas que las pruebas de detección de resonancia, debido a que las frecuencias a encontrarse, están en función de la rigidez y de sus masas, las frecuencias a encontrarse, están en función de la rigidez y de sus masas, las cuales están asociadas con la velocidad de la máquina. Por ejemplo, si cuales están asociadas con la velocidad de la máquina. Por ejemplo, si consideramos un rotor en voladizo, sus frecuencias podrían estar afectadas por su consideramos un rotor en voladizo, sus frecuencias podrían estar afectadas por su flexibilidad y giro, situación que no sucede con las cimentaciones, estructuras y flexibilidad y giro, situación que no sucede con las cimentaciones, estructuras y rodamientos, los cuales tienen unas frecuencias naturales independientes de la rodamientos, los cuales tienen unas frecuencias naturales independientes de la velocidad de giro. velocidad de giro.

Figura 1. Ejemplo de una máquina en resonancia

Figura 2. Change of Vibration displacement and Phase Log with RPM above, below and at rotor resonance

3. COMO SE DEFORMAN LOS ROTORES EN FRECUENCIAS 3. COMO SE DEFORMAN LOS ROTORES EN FRECUENCIAS NATURALES SUPERIORESNATURALES SUPERIORES

Se produce la deformación de una estructura cuando las frecuencias forzadas o inducidas Se produce la deformación de una estructura cuando las frecuencias forzadas o inducidas coinciden con las frecuencias naturales de dicha estructura (condición de resonancia). En coinciden con las frecuencias naturales de dicha estructura (condición de resonancia). En la Figura 2, se puede apreciar cómo un simple rotor soportado por cojinetes extremos se la Figura 2, se puede apreciar cómo un simple rotor soportado por cojinetes extremos se deforma o se flexiona al pasar por su primera, segunda y tercer velocidad crítica. La gráfica deforma o se flexiona al pasar por su primera, segunda y tercer velocidad crítica. La gráfica “A” muestra la máxima deflexión que se produce en el centro del rotor al pasar por su “A” muestra la máxima deflexión que se produce en el centro del rotor al pasar por su primera velocidad crítica, así mismo se aprecia un mínimo desplazamiento en el sector de primera velocidad crítica, así mismo se aprecia un mínimo desplazamiento en el sector de los cojinetes. El gráfico “B” presenta una deformación diferente, ya que corresponde a la los cojinetes. El gráfico “B” presenta una deformación diferente, ya que corresponde a la segunda velocidad crítica, como se puede apreciar, el desplazamiento es el mínimo en el segunda velocidad crítica, como se puede apreciar, el desplazamiento es el mínimo en el centro del rotor (llamado punto nodal); este punto nodal, además de registrar un mínimo centro del rotor (llamado punto nodal); este punto nodal, además de registrar un mínimo desplazamiento, tiene la particularidad que la fase cambia 180° (entre la posición pre y desplazamiento, tiene la particularidad que la fase cambia 180° (entre la posición pre y post-nodal) debe observarse la presencia de dos puntos nodales adicionales en los extremos post-nodal) debe observarse la presencia de dos puntos nodales adicionales en los extremos (cojinetes). El gráfico “C”, muestra el rotor en su tercera velocidad crítica, en este caso (cojinetes). El gráfico “C”, muestra el rotor en su tercera velocidad crítica, en este caso tenemos los puntos nodales de los extremos (cojinetes), así como dos adicionales tenemos los puntos nodales de los extremos (cojinetes), así como dos adicionales intermedios y tres máximas deflexiones conocidas como antinodos.intermedios y tres máximas deflexiones conocidas como antinodos.

Figura 3 Mode shapes of first, second and third critical speeds for a simply supported rotor

4. 4. PRUEBAS DE IMPACTO - IMPULSO EN LA DETECCION DE PRUEBAS DE IMPACTO - IMPULSO EN LA DETECCION DE FRECUENCIAS NATURALES.FRECUENCIAS NATURALES.

La prueba consiste en impactar con el martillo de caucho sobre la La prueba consiste en impactar con el martillo de caucho sobre la estructura o equipo a fin de excitar sus frecuencias naturales y estructura o equipo a fin de excitar sus frecuencias naturales y producir una adecuada amplitud que permita ser detectada por el producir una adecuada amplitud que permita ser detectada por el analizador de vibraciones, que previamente se ha configurado analizador de vibraciones, que previamente se ha configurado dentro de un rango de frecuencias de 0 a 30.000 CPM (500 Hz) o dentro de un rango de frecuencias de 0 a 30.000 CPM (500 Hz) o de ser necesario en un valor mayor (si es que se espera encontrar de ser necesario en un valor mayor (si es que se espera encontrar frecuencias naturales de ese orden). El martillo de caucho puede frecuencias naturales de ese orden). El martillo de caucho puede ser del tipo sintonizado (modally – tuned hammers) y puede ser del tipo sintonizado (modally – tuned hammers) y puede excitar frecuencias que alcanzan hasta los 120.000 CPM (2.000 excitar frecuencias que alcanzan hasta los 120.000 CPM (2.000 Hz) con un corte súbito de la frecuencia conforme se puede Hz) con un corte súbito de la frecuencia conforme se puede apreciar en la Figura 4. En esta figura, se puede apreciar el apreciar en la Figura 4. En esta figura, se puede apreciar el comportamiento de varios martillos confeccionados con comportamiento de varios martillos confeccionados con materiales distintos.materiales distintos.

Figure 4 Force spectra produced with various hammer tip materials

Figura 5 Impact test on two machine tool spindles using a swept-filter analyzer

Figura 6 Ejemplo

Figura 7 Maletín típico para pruebas de impacto

Figura 8 Results o fan impact test on a 100 HP DC motor employing averaging

Figura 9 A force pulse caused by sharp impact seen in time waveform will produce a flat force spectrum at low frequencies

Figura 10. Ejemplo 1

Figura 11. Ejemplo 2

Figura 12. Ejemplo 3

Figura 13. Nodal points

Figure 14. Excitation of several modes at various points of a structure

Figura 15. Dynamic vibration absorber

Figura 16. Ejemplo 4

Figura 17. Suma de amplitudes run-out y velocidad crítica

Figura 18. Ejemplo 5

6. DIAGRAMAS POLARES (POLAR PLOTS)6. DIAGRAMAS POLARES (POLAR PLOTS)

La prueba implica la necesidad que el proceso se inicie con la pluma La prueba implica la necesidad que el proceso se inicie con la pluma del registrador X-Y en el centro del diagrama polar, conforme se del registrador X-Y en el centro del diagrama polar, conforme se desarrolla la prueba irá imprimiendo desde el centro hacia fuera en desarrolla la prueba irá imprimiendo desde el centro hacia fuera en forma radial, la distancia que la pluma se va alejando del centro es forma radial, la distancia que la pluma se va alejando del centro es proporcional a la vibración existente. La fase de la vibración proporcional a la vibración existente. La fase de la vibración determinara la dirección angular en que se mueve la pluma, conforme determinara la dirección angular en que se mueve la pluma, conforme varía la vibración.varía la vibración.

6.1 VENTAJAS DE LOS DIAGRAMAS POLARES SOBRE LOS BODE 6.1 VENTAJAS DE LOS DIAGRAMAS POLARES SOBRE LOS BODE PLOTSPLOTS Indica directamente el vector de desbalance sin necesidad de comparar Indica directamente el vector de desbalance sin necesidad de comparar

separadamente los diagramas de amplitud y fase.separadamente los diagramas de amplitud y fase. Elimina la confusión de discontinuidades de fases típicas de los bode plots Elimina la confusión de discontinuidades de fases típicas de los bode plots

(cambios de 0° a 360°). (cambios de 0° a 360°). Elimina las discontinuidades de fase que aparecen en los bode plots cuando Elimina las discontinuidades de fase que aparecen en los bode plots cuando

la amplitud de la vibración se ha reducido notablemente de tal forma que no la amplitud de la vibración se ha reducido notablemente de tal forma que no existe suficiente señal vibracional para mantener una indicación de fase.existe suficiente señal vibracional para mantener una indicación de fase.

Para imprimir los diagramas polares sólo se requiere de un registrador de Para imprimir los diagramas polares sólo se requiere de un registrador de una pluma, los bode plots requieren de registradores de doble pluma.una pluma, los bode plots requieren de registradores de doble pluma.

Cuando la prueba se efectúa con la asistencia de sensores de no contacto Cuando la prueba se efectúa con la asistencia de sensores de no contacto (Eddy), la limitación del run-out mecánico o eléctrico puede ser eliminado al (Eddy), la limitación del run-out mecánico o eléctrico puede ser eliminado al recalibrarse el registrador con el control de amplitud cero. ver Figura 18.recalibrarse el registrador con el control de amplitud cero. ver Figura 18.

Figure 19. Polar plots with and without run-out compensated

6.2 COMPARACION DE LOS DIAGRAMAS DE BODE Y POLARES EN LAS 6.2 COMPARACION DE LOS DIAGRAMAS DE BODE Y POLARES EN LAS PRUEBAS DE FRECUENCIAS NATURALESPRUEBAS DE FRECUENCIAS NATURALES

Figura 20. Comparing polar and bode plots

6.3 LIMITACIONES DE LOS DIAGRAMAS POLARES6.3 LIMITACIONES DE LOS DIAGRAMAS POLARES

Son las siguientes:Son las siguientes:

En las pruebas de Run Up y Coastdown, el diagrama polar sí revela En las pruebas de Run Up y Coastdown, el diagrama polar sí revela claramente las condiciones de resonancia, sin embargo, no dispone de la claramente las condiciones de resonancia, sin embargo, no dispone de la referencia automática de la velocidad (RPM) a la cual se produce, por lo que referencia automática de la velocidad (RPM) a la cual se produce, por lo que es necesario ingresarla manualmente.es necesario ingresarla manualmente.

El diagrama Polar es un diagrama de vibración por desbalance El diagrama Polar es un diagrama de vibración por desbalance (vibración que ocurre a 1X), sin embargo, condiciones de resonancia pueden (vibración que ocurre a 1X), sin embargo, condiciones de resonancia pueden ocurrir a otras frecuencias distintas a 1X y en estos casos el Diagrama Polar ocurrir a otras frecuencias distintas a 1X y en estos casos el Diagrama Polar no los podría detectar.no los podría detectar.

Para las pruebas de impacto, se recomienda utilizar ventana “Uniform”Para las pruebas de impacto, se recomienda utilizar ventana “Uniform”, , ya que permite capturar información transitoria y corta que es la ya que permite capturar información transitoria y corta que es la característica de estas pruebas. Así mismo, debe seleccionar a la característica de estas pruebas. Así mismo, debe seleccionar a la aceleraciónaceleración como modo de medir la amplitud vibracional, toda vez que como modo de medir la amplitud vibracional, toda vez que dicho modo indicará mayores amplitudes diferenciadas que permitan dicho modo indicará mayores amplitudes diferenciadas que permitan ubicarlas en el rango de frecuencias (siendo más ventajosos que el ubicarlas en el rango de frecuencias (siendo más ventajosos que el utilizar los modos desplazamiento o velocidad).utilizar los modos desplazamiento o velocidad).

6.4 LAS PRUEBAS DE RUNUP Y DE COASTDOWN EN LA 6.4 LAS PRUEBAS DE RUNUP Y DE COASTDOWN EN LA DETECCION DE FRECUENCIAS NATURALES.DETECCION DE FRECUENCIAS NATURALES.

Se define como RUNUP el proceso de arranque de una máquina Se define como RUNUP el proceso de arranque de una máquina desde su velocidad CERO hasta alcanzar su velocidad nominal, desde su velocidad CERO hasta alcanzar su velocidad nominal, mientras que al COASTDOWN, está referido al proceso contrario, mientras que al COASTDOWN, está referido al proceso contrario, es decir al proceso de detención del equipo desde su velocidad es decir al proceso de detención del equipo desde su velocidad nominal hasta llegar a la rotación de CERO RPM.nominal hasta llegar a la rotación de CERO RPM.

La ventaja de estas pruebas, es que se realiza mientras la La ventaja de estas pruebas, es que se realiza mientras la máquina está en condiciones dinámicas, por lo tanto, si hubiesen máquina está en condiciones dinámicas, por lo tanto, si hubiesen cambios dinámicos en las frecuencias naturales inducidos por el cambios dinámicos en las frecuencias naturales inducidos por el giro, presión de la película de aceite o variaciones de la rigidez, giro, presión de la película de aceite o variaciones de la rigidez, éstos serán reflejados en las respuestas de detección de las éstos serán reflejados en las respuestas de detección de las frecuencias naturales (Tómese como ejemplo un rotor en voladizo frecuencias naturales (Tómese como ejemplo un rotor en voladizo soportado en cojinetes planos lubricados por aceite a presión). soportado en cojinetes planos lubricados por aceite a presión).

Las pruebas de RUNUP y COASTDOWN pueden ser efectuadas Las pruebas de RUNUP y COASTDOWN pueden ser efectuadas con diversos instrumentos, desde los simples vibrómetros que con diversos instrumentos, desde los simples vibrómetros que permitirán medir la mayor amplitud de la vibración y con la permitirán medir la mayor amplitud de la vibración y con la asistencia de un tacómetro que nos indique a qué frecuencia asistencia de un tacómetro que nos indique a qué frecuencia (velocidad) se está dando esa mayor amplitud aproximadamente. (velocidad) se está dando esa mayor amplitud aproximadamente. Si se desea mayor precisión deberemos recurrir a las técnicas del Si se desea mayor precisión deberemos recurrir a las técnicas del diagrama de Bodé (Bode Plot) o del Diagrama Polar.diagrama de Bodé (Bode Plot) o del Diagrama Polar.

7. BODE PLOTS7. BODE PLOTS

El diagrama de Bodé o Bodé Plot consiste en obtener dos diagramas El diagrama de Bodé o Bodé Plot consiste en obtener dos diagramas cartesianos: 1) Amplitud Vs. RPM 2) Fase Vs. RPM. Cuando una máquina cartesianos: 1) Amplitud Vs. RPM 2) Fase Vs. RPM. Cuando una máquina pasa a través de una frecuencia natural durante un proceso de pasa a través de una frecuencia natural durante un proceso de COASTDOWN, el diagrama de Bodé mostrará dos cambios: 1) en el COASTDOWN, el diagrama de Bodé mostrará dos cambios: 1) en el diagrama de amplitud se observará un pico, mientras que en 2) el diagrama diagrama de amplitud se observará un pico, mientras que en 2) el diagrama de fase indicará un cambio de fase de 180° entre la pre y post-frecuencia de fase indicará un cambio de fase de 180° entre la pre y post-frecuencia natural (con un cambio de 90° en la propia frecuencia natural).natural (con un cambio de 90° en la propia frecuencia natural).

Figura 21. Example bode plot used to confirm the location of natural frequencies

MODULO VIIMODULO VIIAPLICACION DE TECNICAS ESTADISTICAS EN APLICACION DE TECNICAS ESTADISTICAS EN

EL USO DE LAS VIBRACIONES TOTALES EL USO DE LAS VIBRACIONES TOTALES COMO EN LAS BANDAS DE ALARMA COMO EN LAS BANDAS DE ALARMA

ESPECTRALESPECTRAL

1. INTRODUCCION1. INTRODUCCION

Aunque hay mucho de literatura disponible de cómo diagnosticar las Aunque hay mucho de literatura disponible de cómo diagnosticar las máquinas en problemas usando el análisis vibracional, hay poco material máquinas en problemas usando el análisis vibracional, hay poco material disponible en la actualidad de cómo especificamos eficazmente las alarmas disponible en la actualidad de cómo especificamos eficazmente las alarmas de banda espectral en varios tipos de maquinarias. Estas alarmas de banda de banda espectral en varios tipos de maquinarias. Estas alarmas de banda espectral son ofrecidas dentro de un software por distintos vendedores en el espectral son ofrecidas dentro de un software por distintos vendedores en el campo del mantenimiento predictivo y gracias a ellos es que nos proveen de campo del mantenimiento predictivo y gracias a ellos es que nos proveen de potencial para detectar los numerosos problemas de la máquina. En la potencial para detectar los numerosos problemas de la máquina. En la detección y en el proceso de análisis, si esas bandas espectrales son detección y en el proceso de análisis, si esas bandas espectrales son utilizadas, ellos pueden ahorrar miles de dólares en gastos de mantenimiento utilizadas, ellos pueden ahorrar miles de dólares en gastos de mantenimiento y pueden hacer que haya un impacto en el mejoramiento de la planta.y pueden hacer que haya un impacto en el mejoramiento de la planta.

2. INTRODUCCIÓN EN LA ESPECIFICACION DE LAS BANDAS 2. INTRODUCCIÓN EN LA ESPECIFICACION DE LAS BANDAS DE ALARMA ESPECTRAL Y LOS RANGOS DE FRECUENCIA DE ALARMA ESPECTRAL Y LOS RANGOS DE FRECUENCIA

El uso apropiado de las alarmas de banda espectral es El uso apropiado de las alarmas de banda espectral es probablemente una de las más ventajosas armas en el probablemente una de las más ventajosas armas en el mantenimiento predictivo actual para la detección de serios mantenimiento predictivo actual para la detección de serios problemas que se desarrollan en la maquinaria. Sin embargo, problemas que se desarrollan en la maquinaria. Sin embargo, aunque miles de “data collectors“ son vendidos por todo el aunque miles de “data collectors“ son vendidos por todo el mundo teniendo la capacidad de un software que administre el mundo teniendo la capacidad de un software que administre el nuevo espectro FFT que capture estas alarmas de banda nuevo espectro FFT que capture estas alarmas de banda espectral, reconocemos que son pocos los usuarios que tienen la espectral, reconocemos que son pocos los usuarios que tienen la experiencia necesaria para aplicar y configurar efectivamente experiencia necesaria para aplicar y configurar efectivamente estas bandas en la computadora. De hecho, un largo porcentaje estas bandas en la computadora. De hecho, un largo porcentaje de plantas aún no usan las alarmas de banda espectral aunque de plantas aún no usan las alarmas de banda espectral aunque ellas son ofrecidas en un software. En lugar de ello, ellos ellas son ofrecidas en un software. En lugar de ello, ellos dependen de un riguroso entrenamiento en todos los niveles para dependen de un riguroso entrenamiento en todos los niveles para detectar a tiempo los problemas. detectar a tiempo los problemas.

2.1 LOS DOS TIPOS DE BANDAS DE ALARMA ESPECTRAL2.1 LOS DOS TIPOS DE BANDAS DE ALARMA ESPECTRALExisten dos tipos de bandas de alarma espectral que son Existen dos tipos de bandas de alarma espectral que son utilizadas por diversas versiones de software de mantenimiento utilizadas por diversas versiones de software de mantenimiento predictivo: predictivo:

Umbral Absoluto (Absolute Threshold).Umbral Absoluto (Absolute Threshold). Banda de Poder (Power Band) Banda de Poder (Power Band)

2.2 CUAL DE LOS PARÁMETROS DE LA VIBRACION: DESPLAZAMIENTO, 2.2 CUAL DE LOS PARÁMETROS DE LA VIBRACION: DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD O ACELERACIÓN SE DEBE USAR EN LAS BANDAS DE ALARMA VELOCIDAD O ACELERACIÓN SE DEBE USAR EN LAS BANDAS DE ALARMA ESPECTRALESPECTRAL

Figura 1. Contorno de severidad y fórmulas de conversión

2.3 REVISIÓN DE PROBLEMAS DETECTABLES POR EL ANÁLISIS 2.3 REVISIÓN DE PROBLEMAS DETECTABLES POR EL ANÁLISIS VIBRACIONAL VIBRACIONAL

Es esencial, especificar bandas efectivas de alarma espectral a fin de entender qué Es esencial, especificar bandas efectivas de alarma espectral a fin de entender qué problemas son detectables por el análisis vibracional, cómo ellos son detectados y si problemas son detectables por el análisis vibracional, cómo ellos son detectados y si se detectan, cuán severos son. Se ha investigado bastante sobre el tema y se se detectan, cuán severos son. Se ha investigado bastante sobre el tema y se continúa investigando, de cómo evaluar problemas tales como balanceo, continúa investigando, de cómo evaluar problemas tales como balanceo, alineamiento, cojinetes, engranajes y condiciones eléctricas. alineamiento, cojinetes, engranajes y condiciones eléctricas.

En la Tabla I del Anexo B, se presenta “la carta de diagnóstico vibracional del En la Tabla I del Anexo B, se presenta “la carta de diagnóstico vibracional del Technical Associates of Charlotte”, que es una de las mejores herramientas de Technical Associates of Charlotte”, que es una de las mejores herramientas de diagnóstico actualizadas. diagnóstico actualizadas.

2.4 ESPECIFICACIÓN DE LOS NIVELES DE ALARMA DE VIBRACIÓN TOTAL Y 2.4 ESPECIFICACIÓN DE LOS NIVELES DE ALARMA DE VIBRACIÓN TOTAL Y EXPLICACIÓN DEL ORIGEN DE LA TABLA II (Anexo B)EXPLICACIÓN DEL ORIGEN DE LA TABLA II (Anexo B)

El producto del trabajo continuo ha permitido el desarrollo de estándares para El producto del trabajo continuo ha permitido el desarrollo de estándares para determinar las vibraciones totales permisibles. Estos estándares se han generado en determinar las vibraciones totales permisibles. Estos estándares se han generado en varios comités nacionales e internacionales, que con su experiencia profesional han varios comités nacionales e internacionales, que con su experiencia profesional han contribuido con este criterio vibracional. contribuido con este criterio vibracional.

Esto incluye al grupo internacional de trabajo, que actualmente vienen trabajando y Esto incluye al grupo internacional de trabajo, que actualmente vienen trabajando y nos ponen al día de los diversos criterios. nos ponen al día de los diversos criterios.

ISO 2372ISO 2372 - vibración mecánica en máquinas que operan con velocidades de 10 hasta 200 - vibración mecánica en máquinas que operan con velocidades de 10 hasta 200 revoluciones por segundo, y que sirve de base para especificar los estándares de evaluación. revoluciones por segundo, y que sirve de base para especificar los estándares de evaluación.

ISO 3945ISO 3945 - vibración mecánica de grandes máquinas rotativas con velocidades de 10 hasta - vibración mecánica de grandes máquinas rotativas con velocidades de 10 hasta 200 revoluciones por segundo. Miden y evalúan la severidad vibracional.200 revoluciones por segundo. Miden y evalúan la severidad vibracional.

ISO 7919 ISO 7919 – vibración mecánica de máquinas no reciprocantes, medición y evaluación de – vibración mecánica de máquinas no reciprocantes, medición y evaluación de componentes rotantes.componentes rotantes.

La siguiente ecuación, permite calcular el nivel total espectral.

2.5 ESPECIFICACIÓN DE NIVELES DE ALARMA ESPECTRAL Y SUS 2.5 ESPECIFICACIÓN DE NIVELES DE ALARMA ESPECTRAL Y SUS BANDAS FRECUENCIALES USANDO LA TABLA III (Anexo B)BANDAS FRECUENCIALES USANDO LA TABLA III (Anexo B)

La Tabla III del Anexo B, nos indica cómo originariamente están La Tabla III del Anexo B, nos indica cómo originariamente están especificadas las bandas de alarma espectral para varios tipos de especificadas las bandas de alarma espectral para varios tipos de máquinas y utilizando las configuraciones de mantenimiento máquinas y utilizando las configuraciones de mantenimiento predictivo y software, que nos permita que el espectro sea predictivo y software, que nos permita que el espectro sea separado en 6 bandas individuales. Cada una de esas bandas separado en 6 bandas individuales. Cada una de esas bandas pueden ser seteadas en un rango de frecuencias, y en cualquier pueden ser seteadas en un rango de frecuencias, y en cualquier nivel de alarma para cada banda individual, tal como quiera nivel de alarma para cada banda individual, tal como quiera escoger el usuario.escoger el usuario.

2.6 COMO ESPECIFICAR ALARMAS ESPECTRALES DE BANDAS ESTRECHAS, 2.6 COMO ESPECIFICAR ALARMAS ESPECTRALES DE BANDAS ESTRECHAS, USANDO ALARMAS ESTADISTICAS Y METODOS DE DESPLAZAMIENTO DE USANDO ALARMAS ESTADISTICAS Y METODOS DE DESPLAZAMIENTO DE PORCENTAJE PORCENTAJE

La aplicación de las bandas espectrales estrechas, son aplicables en La aplicación de las bandas espectrales estrechas, son aplicables en aquellos equipos como los compresores rotativos de tornillo, donde las aquellos equipos como los compresores rotativos de tornillo, donde las bandas de alarma espectral no son aplicables, ya que la presencia típica bandas de alarma espectral no son aplicables, ya que la presencia típica de frecuencias de engrane de los tornillos y sus armónicas (por ejemplo de frecuencias de engrane de los tornillos y sus armónicas (por ejemplo 4X y 4XN) puedan indicar magnitudes que violen las bandas de alarma 4X y 4XN) puedan indicar magnitudes que violen las bandas de alarma espectral, pero que sin embargo, no está relacionado a un “buen estado espectral, pero que sin embargo, no está relacionado a un “buen estado de este tipo de máquinas“, para entender los alcances de las alarmas de este tipo de máquinas“, para entender los alcances de las alarmas espectrales de banda estrecha, consideramos lo siguiente: espectrales de banda estrecha, consideramos lo siguiente: Los conceptos estadísticos Xave y T (desviación estándar).Los conceptos estadísticos Xave y T (desviación estándar).La Tabla V (Ver Figura 2): comparación del número total de valores de La Tabla V (Ver Figura 2): comparación del número total de valores de alarmas para máquinas comunes.alarmas para máquinas comunes.Recordaremos la ecuación PowerE: energía total dentro de un envolvente Recordaremos la ecuación PowerE: energía total dentro de un envolvente de banda estrecha.de banda estrecha.

Figura 2. Comparación del número total de valores de alarma para máquinas comunes

2.7 REVALUACIONES PERIÓDICAS EN LOS SETEOS DE LAS BANDAS DE 2.7 REVALUACIONES PERIÓDICAS EN LOS SETEOS DE LAS BANDAS DE ALARMA ESPECTRAL EN CADA FAMILIA DE MAQUINASALARMA ESPECTRAL EN CADA FAMILIA DE MAQUINAS

Para que se pueda identificar con certeza la familia o grupos de Para que se pueda identificar con certeza la familia o grupos de máquinas similares y para evaluar si las bandas están trabajando máquinas similares y para evaluar si las bandas están trabajando correctamente es recomendable usar los análisis estadísticos. correctamente es recomendable usar los análisis estadísticos. También se deberá evaluar el comportamiento de los niveles También se deberá evaluar el comportamiento de los niveles totales de alarma que se han especificado para cada máquina. A totales de alarma que se han especificado para cada máquina. A continuación hay que tener en cuenta los siguientes continuación hay que tener en cuenta los siguientes interrogantes:interrogantes:

¿Están especificadas las bandas de alarmas para detectar los ¿Están especificadas las bandas de alarmas para detectar los problemas que se puedan presentar en las máquinas?problemas que se puedan presentar en las máquinas?

Si hay algunos problemas desconocidos, ¿Qué deberíamos hacer para Si hay algunos problemas desconocidos, ¿Qué deberíamos hacer para detectarlos?detectarlos?

¿Qué alarmas pueden causar “Falsas Alarmas“?¿Qué alarmas pueden causar “Falsas Alarmas“? ¿Cómo evitar las falsas alarmas? ¿Cómo deben ser modificadas para ¿Cómo evitar las falsas alarmas? ¿Cómo deben ser modificadas para

reducir esta limitación?reducir esta limitación? Para una familia de máquinas, ¿Es suficiente setear un solo sistema de Para una familia de máquinas, ¿Es suficiente setear un solo sistema de

bandas de alarma espectral o es necesario subdividir la familia de bandas de alarma espectral o es necesario subdividir la familia de máquinas en varios grupos?máquinas en varios grupos?

2.8 MEDICION DE SPIKE ENERGY 2.8 MEDICION DE SPIKE ENERGY

Figura 3. Recommended spike energy severity chart (IRD SPIKE ENERGY)

Figura 4. Carta de diagnóstico referencial de lecturas en alta frecuencia de rodamientos utilizados por diversos fabricantes.

2.9 PROCEDIMIENTOS PARA EVALUAR EFICAZMENTE LOS NIVELES 2.9 PROCEDIMIENTOS PARA EVALUAR EFICAZMENTE LOS NIVELES DE ALARMA TOTAL ESPECIFICADO, Y SUS BANDAS ESPECTRALES.DE ALARMA TOTAL ESPECIFICADO, Y SUS BANDAS ESPECTRALES.

El procedimiento para evaluar los niveles de alarmas totales se resume a El procedimiento para evaluar los niveles de alarmas totales se resume a continuación:continuación:

Tomar cada familia de máquinas y trabajar con los últimos datos capturados Tomar cada familia de máquinas y trabajar con los últimos datos capturados de cada máquina en la familia.de cada máquina en la familia.

Calcular el promedio del nivel total de la familia (Xave) sumando el nivel de Calcular el promedio del nivel total de la familia (Xave) sumando el nivel de cada punto en cada máquina y dividirla por el total de puntos evaluados.cada punto en cada máquina y dividirla por el total de puntos evaluados.

• Luego, calcule las alarmas totales estáticas para la familia

Alarma estadística total = XAVE + 2SAlgunos prefierenAlarma estadística total = XAVE + 3S

•Comparar los niveles totales especificados para esta familia de máquinas, con alarmas estadísticas totales calculadas, si tenemos diferencias significativas. Sin embargo, si se observa que las alarmas estadísticas han sido obtenidas de máquinas en excelente estado, o de lo contrario, en pésimas condiciones, deberá usarse el criterio suficiente para fijar la alarma final en un valor intermedio entre la referencia y la estadística.

Figura 5. Spectral alarm band specs on a horizontal pump

Figura 6. Compressor driven by 2-stage gear box

Figura 7. Espectro FFT con picos bien identificados

Figura 8. Espectro FFT con picos “SMEARED” (manchados, no claros)

Figura 9. Espectro FFT sin envolvente de banda estrecha

Figura 10. Espectro FFT con envolvente de banda estrecha “CONSTANT BANDWITH”

Figura 11. Ejemplos de Espectros FFT con banda estrecha

Figura 12. Estándares de aceptación vibracional para motores estándar especiales y de presión.

MODULO VIIIMODULO VIIIINTRODUCCION AL ANALISIS DE LA FORMA INTRODUCCION AL ANALISIS DE LA FORMA

DE ONDA EN EL TIEMPO PARA DETECTAR DE ONDA EN EL TIEMPO PARA DETECTAR DIVERSOS TIPOS DE PROBLEMAS EN DIVERSOS TIPOS DE PROBLEMAS EN

MAQUINASMAQUINAS

1. 1. APLICACIONES ANALITICAS DE LA FORMA DE ONDA EN EL APLICACIONES ANALITICAS DE LA FORMA DE ONDA EN EL TIEMPOTIEMPO

En la Figura 1, podemos apreciar una compleja forma de la onda en el En la Figura 1, podemos apreciar una compleja forma de la onda en el tiempo (amplitudes – tiempo), así como sus componentes 1X, 3X, 5X, 9X, tiempo (amplitudes – tiempo), así como sus componentes 1X, 3X, 5X, 9X, del tipo espectral (amplitud Vs. frecuencia), entendiéndose que la del tipo espectral (amplitud Vs. frecuencia), entendiéndose que la sumatoria de los espectros frecuenciales equivale a la onda compleja en el sumatoria de los espectros frecuenciales equivale a la onda compleja en el tiempo.tiempo.

Figure 1. Comparación de los dominios de tiempo y frecuencia

LOS PROBLEMAS PERCEPTIBLES POR EL LOS PROBLEMAS PERCEPTIBLES POR EL ANALISIS DE LA ONDA EN EL TIEMPO Y QUE NO ANALISIS DE LA ONDA EN EL TIEMPO Y QUE NO PUEDAN SER DETECTADOS POR EL ANÁLISIS PUEDAN SER DETECTADOS POR EL ANÁLISIS

ESPECTRAL ESPECTRAL

LOS PROBLEMAS CUYO DIAGNOSTICO PUEDE SER LOS PROBLEMAS CUYO DIAGNOSTICO PUEDE SER CONFIRMADO CON LA ASISTENCIA DEL ANALISIS CONFIRMADO CON LA ASISTENCIA DEL ANALISIS

DE LA FORMA DE ONDA EN EL TIEMPO, CUANDO EL DE LA FORMA DE ONDA EN EL TIEMPO, CUANDO EL ANALISIS ESPECTRAL EVIDENCIÓ DEFECTOS.ANALISIS ESPECTRAL EVIDENCIÓ DEFECTOS.

Los Dientes del engranaje fisurados, rotos o Los Dientes del engranaje fisurados, rotos o deformados con defectos, en máquinas de velocidad deformados con defectos, en máquinas de velocidad muy baja (<10RPM) muy baja (<10RPM)    En rodamientos de Máquinas de Velocidad Muy En rodamientos de Máquinas de Velocidad Muy Baja «1 0 RPM) Baja «1 0 RPM)    Problemas Transitorios en el arranque de motores Problemas Transitorios en el arranque de motores eléctricos que afectan loa cojinetes y devanados eléctricos que afectan loa cojinetes y devanados    Compresores Reciprocantes, vibración por impacto Compresores Reciprocantes, vibración por impacto en cortos periodos de tiempo, tales como golpeteo de en cortos periodos de tiempo, tales como golpeteo de Pistón, soltura de bielas/ cojinetes o defectos en las Pistón, soltura de bielas/ cojinetes o defectos en las válvulas de admisión o descarga válvulas de admisión o descarga

Rodamientos con Defectos en Baja y moderada Rodamientos con Defectos en Baja y moderada Velocidad (50-300 RPM) Velocidad (50-300 RPM)    Problemas Eléctricos en el motor (Estator, Rotor, Problemas Eléctricos en el motor (Estator, Rotor, entrehierro). entrehierro).    Lacraduras / marcas en el eje en el sector que es Lacraduras / marcas en el eje en el sector que es controlado por una sonda de proximidad.controlado por una sonda de proximidad.   Roce del rotor Roce del rotor    Cajas Norton de máquinas herramientas. Cajas Norton de máquinas herramientas.    Distinguir desalineamiento y soltura mecánica. Distinguir desalineamiento y soltura mecánica.     Inestabilidad en al cuña hidrodinámica de aceite Vs. 1/ 2 Inestabilidad en al cuña hidrodinámica de aceite Vs. 1/ 2 XX   Sopladores rotatorios- Roce de Lóbulos del Impulsor Sopladores rotatorios- Roce de Lóbulos del Impulsor contra su carcasa ó entre sí.contra su carcasa ó entre sí.   Compresores reciprocantes o motores de Compresores reciprocantes o motores de combustión alternativos, Problemas de ignición, combustión alternativos, Problemas de ignición, compresión y/o combustión. compresión y/o combustión.

Figura 2. Problemas perceptibles sólo por análisis de la forma de onda en el tiempo o que ayudan a confirmar los descubiertos en análisis espectral

1.1 LOS PROBLEMAS DETECTABLES POR EL ANÁLISIS DE LA FORMA DE 1.1 LOS PROBLEMAS DETECTABLES POR EL ANÁLISIS DE LA FORMA DE ONDA EN EL TIEMPO PERO DESAPERCIBIDO POR EL ANÁLISIS ESPECTRAL.ONDA EN EL TIEMPO PERO DESAPERCIBIDO POR EL ANÁLISIS ESPECTRAL.

Diente de engranajes fisurados, rotos o deformados:Diente de engranajes fisurados, rotos o deformados:

Figura 3. Comparación de la forma de onda en el tiempo para dientes de un engranaje en buenas condiciones Vs. dientes fisurados o rotos

Figura 4. Marcada diferencia en la forma de onda en el tiempo de un engranaje con desbalance simple Vs. uno con un diente defectuoso

Figura 5. Waveform en el tiempo para un engranaje Herringbone que fue encontrado con dientes parcialmente fisurados

Rodamientos defectuosos en máquinas de muy bajas Rodamientos defectuosos en máquinas de muy bajas velocidades (<10 RPM)velocidades (<10 RPM)

Figura 6. Detección de rodamiento dañado con la onda en el tiempo.

Problemas transitorios en el arranque de motores Problemas transitorios en el arranque de motores eléctricos que afectan los cojinetes y el devanadoeléctricos que afectan los cojinetes y el devanado

Figura 7. Formas de onda en el tiempo que muestran problemas con transitorios en el arranque de motores de inducción

1.2 PROBLEMAS CUYO DIAGNOSTICO PUEDE SER CONFIRMADO CON EL 1.2 PROBLEMAS CUYO DIAGNOSTICO PUEDE SER CONFIRMADO CON EL ANALISIS DE LA FORMA DE ONDA EN EL TIEMPO, CUANDO EL ANALISIS ANALISIS DE LA FORMA DE ONDA EN EL TIEMPO, CUANDO EL ANALISIS ESPECTRAL EVIDENCIO DEFECTOS.ESPECTRAL EVIDENCIO DEFECTOS.

Defectos en rodamientos de máquinas de baja o moderada Defectos en rodamientos de máquinas de baja o moderada velocidad (50-300 RPM).velocidad (50-300 RPM).

Figura 8. Fisuramiento en la pista interior de un rodamiento SKF 23284

Figura 9. Dominios en el tiempo y en la frecuencia de un rodamiento con fisuramiento en su pista interior

Figura 10. Espectro FFT y waveform de una pista interior fisurada de un rodamiento instalado en un rodillo que gira a 43 RPM

Problemas en motores eléctricos que incluyen defectos en el estator, Problemas en motores eléctricos que incluyen defectos en el estator, rotor y entrehierro. rotor y entrehierro.

Figura 11. Onda en el dominio del tiempo para un motor de inducción que tiene una barra fisurada o rota en su rotor, rotor excéntrico o flexionado

Figura 12. Fuerzas magnéticas desequilibradas entre el rotor y el estator debido a una barra rota del rotor

Figura 13. Onda en el dominio del tiempo de un motor de inducción que tiene una barra fisurada o rota en su rotor, un rotor excéntrico o flexionado

Lacraduras en la zona de un eje, bajo seguimiento de una sonda Lacraduras en la zona de un eje, bajo seguimiento de una sonda de proximidad (eddy current)de proximidad (eddy current)

Figura 14. Waveform de una onda del desplazamiento en un eje con lacraduras

Limitaciones en el acabado de piezas en máquinas Limitaciones en el acabado de piezas en máquinas herramientas.herramientas.

Figura 15. Espectro de un problema de mal acabado en una máquina herramienta

Figura 16. Waveform para el torno referido en la Figura 15

Cómo distinguir entre problemas por desalineamiento y Cómo distinguir entre problemas por desalineamiento y soltura mecánica.soltura mecánica.

Figura 17. Turbine generator spectrum

Figura 18. Turbine generator waveform

Figura 19. Boiler feed pump spectrum

Figura 20. Boiler feed pump waveform

2. APLICACION DEL PROMEDIO DEL TIEMPO 2. APLICACION DEL PROMEDIO DEL TIEMPO SINCRONICO (SYNCHRONOUS TIME AVERAGING)SINCRONICO (SYNCHRONOUS TIME AVERAGING)

El promedio del tiempo es una herramienta de lujo, que permite al analista evaluar El promedio del tiempo es una herramienta de lujo, que permite al analista evaluar y diagnosticar una serie de problemas como el descubrimiento de fisuras y otros y diagnosticar una serie de problemas como el descubrimiento de fisuras y otros defectos dentro de los engranajes, inclusive mientras la máquina está corriendo y defectos dentro de los engranajes, inclusive mientras la máquina está corriendo y sin tener que abrirla para la inspección. La Figura 21 muestra el típico arreglo sin tener que abrirla para la inspección. La Figura 21 muestra el típico arreglo instrumental que se usa para aplicar el “Synchronous Time Averaging”instrumental que se usa para aplicar el “Synchronous Time Averaging”

Figura 21. Arreglo típico de instrumental para la ejecución del synchronous time averaging

2.1. BENEFICIOS DEL SYNCHRONOUS TIME AVERAGING2.1. BENEFICIOS DEL SYNCHRONOUS TIME AVERAGING

““Aisla” su análisis evaluando sólo el rotor de interés.Aisla” su análisis evaluando sólo el rotor de interés. ““STA” removerá la contribución de la vibración eléctrica STA” removerá la contribución de la vibración eléctrica

en los motores de inducción.en los motores de inducción. Permite balancear un rotor en presencia de otras Permite balancear un rotor en presencia de otras

máquinas más cercanas.máquinas más cercanas. Permite confirmar y evaluar la severidad del estado de los Permite confirmar y evaluar la severidad del estado de los

rodamientos.rodamientos. Es especialmente eficaz en las cajas de engranajesEs especialmente eficaz en las cajas de engranajes

Figura 22. Prueba para aceptación o rechazo de una máquina

2.2 PRECAUCIONES EN LA APLICACIÓN DEL “STA”2.2 PRECAUCIONES EN LA APLICACIÓN DEL “STA” El “STA” remueve las frecuencias de los rodamientos en el espectro. El “STA” El “STA” remueve las frecuencias de los rodamientos en el espectro. El “STA”

removerá todas las frecuencias no sincrónicas (no armónicas) donde obviamente están removerá todas las frecuencias no sincrónicas (no armónicas) donde obviamente están incluidas las frecuencias de falla naturales de los rodamientos, salvo que una incluidas las frecuencias de falla naturales de los rodamientos, salvo que una frecuencia sea exactamente múltiplo de 1X. frecuencia sea exactamente múltiplo de 1X.

Por lo expuesto, al aplicar “STA” perderemos información del estado de los Por lo expuesto, al aplicar “STA” perderemos información del estado de los rodamientos.rodamientos.

STA remueve la vibración eléctrica:STA remueve la vibración eléctrica: Similar a lo indicado en el punto anterior, el “STA” removerá la vibración de origen Similar a lo indicado en el punto anterior, el “STA” removerá la vibración de origen

eléctrico en los motores de inducción, pero dejará las frecuencias en el motor eléctrico en los motores de inducción, pero dejará las frecuencias en el motor sincrónico. La frecuencia de línea (FL) siempre será no sincrónica con la velocidad de sincrónico. La frecuencia de línea (FL) siempre será no sincrónica con la velocidad de giro del motor de inducción. Sin embargo, hay que recordar que incluso permanecerá giro del motor de inducción. Sin embargo, hay que recordar que incluso permanecerá después de aplicar muchos promedios de STA. Nos referimos a la RBPF (Rotor Bar después de aplicar muchos promedios de STA. Nos referimos a la RBPF (Rotor Bar Pass Frequency), que es igual al número de barras del rotor X a las RPM.Pass Frequency), que es igual al número de barras del rotor X a las RPM.

Absolutamente promedia fuera desde que ellos no son síncronos (no directo, múltiplos Absolutamente promedia fuera desde que ellos no son síncronos (no directo, múltiplos del entero de la RPM). Mientras hay unas excepciones donde las frecuencias del entero de la RPM). Mientras hay unas excepciones donde las frecuencias productivas son las RPM del entero exacto o los múltiplos, encima del 99% de rumbos productivas son las RPM del entero exacto o los múltiplos, encima del 99% de rumbos no serán síncronos. Por consiguiente, si usted toma los espectros de STA en todos los no serán síncronos. Por consiguiente, si usted toma los espectros de STA en todos los estudios, usted no podrá fiablemente evaluar la salud de rumbos del elementos estudios, usted no podrá fiablemente evaluar la salud de rumbos del elementos rodantes.rodantes.

STA Remueve las frecuencias naturales del espectro: a menos que una frecuencia STA Remueve las frecuencias naturales del espectro: a menos que una frecuencia resonante sea un múltiplo exacto de la velocidad de giro, será removida. Sin resonante sea un múltiplo exacto de la velocidad de giro, será removida. Sin embargo, esta es otra técnica de evaluar sí un pico particular, es una posible embargo, esta es otra técnica de evaluar sí un pico particular, es una posible resonancia. Para confirmar si es una frecuencia natural, se recomienda conducir una resonancia. Para confirmar si es una frecuencia natural, se recomienda conducir una prueba de comprobación de frecuencia natural.prueba de comprobación de frecuencia natural.

STA Remueve las Frecuencias de Fajas: las frecuencias de fajas siempre serán más STA Remueve las Frecuencias de Fajas: las frecuencias de fajas siempre serán más bajas que la frecuencia de giro de la máquina motriz o conducida, por consiguiente, bajas que la frecuencia de giro de la máquina motriz o conducida, por consiguiente, desde que las frecuencias de fajas no sean sincrónicas, éstas serán removidas, al desde que las frecuencias de fajas no sean sincrónicas, éstas serán removidas, al menos que alguna armónica de las frecuencias de fajas coincida con un pico menos que alguna armónica de las frecuencias de fajas coincida con un pico sincrónico.sincrónico.

Problemas con una falsa captura de la referencia “TRIGGER”: hay que tener Problemas con una falsa captura de la referencia “TRIGGER”: hay que tener mucho cuidado en la captura de la velocidad de referencia “TRIGGER”, de lo mucho cuidado en la captura de la velocidad de referencia “TRIGGER”, de lo contrario el espectro resultante indicará falsas frecuencias sincrónicas.contrario el espectro resultante indicará falsas frecuencias sincrónicas.

La sensibilidad de Foto – Tacómetro frente a diversos factores.La sensibilidad de Foto – Tacómetro frente a diversos factores. Los Foto – Tacómetros son dispositivos sensibles que deben manejarse y Los Foto – Tacómetros son dispositivos sensibles que deben manejarse y

fijarse cuidadosamente. Ellos son sensibles a su montaje, agua o neblina en fijarse cuidadosamente. Ellos son sensibles a su montaje, agua o neblina en el aire, así como a la distancia del objetivo que ellos están controlando. Se el aire, así como a la distancia del objetivo que ellos están controlando. Se debe verificar con el vendedor o con el manual del equipo, a fin de confirmar debe verificar con el vendedor o con el manual del equipo, a fin de confirmar la distancia apropiada con la que opera el Foto – tacómetro.la distancia apropiada con la que opera el Foto – tacómetro.

Problemas con el Foto – TacómetroProblemas con el Foto – Tacómetro Se apuntó mal al objetivo. Obviamente, si el foto-tacómetro se apunta Se apuntó mal al objetivo. Obviamente, si el foto-tacómetro se apunta

inadecuadamente al objetivo, la información será errónea. Este puede inadecuadamente al objetivo, la información será errónea. Este puede parecer un punto obvio, pero los analistas con experiencia que estuvieron parecer un punto obvio, pero los analistas con experiencia que estuvieron aplicando el “STA” en un motor de 2 polos con 3580 RPM de giro, aplicando el “STA” en un motor de 2 polos con 3580 RPM de giro, accidentalmente apuntaron el foto-tacómetro a la luz de un fluorescente lo accidentalmente apuntaron el foto-tacómetro a la luz de un fluorescente lo que dará como resultado, un espectro totalmente fuera de interés. que dará como resultado, un espectro totalmente fuera de interés.

Problemas con Variaciones rápidas y Considerables de las RPM.Problemas con Variaciones rápidas y Considerables de las RPM. Algunos analizadores son incapaces de rastrear las vibraciones rápidas y Algunos analizadores son incapaces de rastrear las vibraciones rápidas y

considerables de las RPM del rotor, lo que significa que puede ser necesario considerables de las RPM del rotor, lo que significa que puede ser necesario emplear un filtro rastreador para estas condiciones. Por lo tanto, mientras emplear un filtro rastreador para estas condiciones. Por lo tanto, mientras sea posible, es mejor mantener una RPM constante al realizar este tipo de sea posible, es mejor mantener una RPM constante al realizar este tipo de análisis.análisis.

2.3 QUE INSTRUMENTACIÓN SE REQUIERE PARA REALIZAR EL 2.3 QUE INSTRUMENTACIÓN SE REQUIERE PARA REALIZAR EL “STA”?“STA”?

La Figura 21 ilustro la instrumentación necesaria para realizar el La Figura 21 ilustro la instrumentación necesaria para realizar el “STA”. El análisis en tiempo real, actualmente es realizado por “STA”. El análisis en tiempo real, actualmente es realizado por varios colectores de datos (data collectors), ya sean de canal varios colectores de datos (data collectors), ya sean de canal simple o doble. Cada analizador debe ser capaz de aceptar una simple o doble. Cada analizador debe ser capaz de aceptar una referencia (trigger) externo para efectuarlos. El Trigger es a referencia (trigger) externo para efectuarlos. El Trigger es a menudo un foto-tacómetro, pero también puede ser una sonda de menudo un foto-tacómetro, pero también puede ser una sonda de proximidad montada en la máquina (o una temporalmente montada proximidad montada en la máquina (o una temporalmente montada para este propósito), incluso uno de los nuevos estroboscopios para este propósito), incluso uno de los nuevos estroboscopios digitales o tacómetros láser. Sin embargo, en este caso, la digitales o tacómetros láser. Sin embargo, en este caso, la velocidad debe permanecer constante desde que estos dispositivos velocidad debe permanecer constante desde que estos dispositivos no rastrearán ninguna variación considerable de velocidad).no rastrearán ninguna variación considerable de velocidad).

En la industria del papel, uno de los más novedosos desarrollos son En la industria del papel, uno de los más novedosos desarrollos son los foto-tacómetros que distingue finalmente los coloridos azules los foto-tacómetros que distingue finalmente los coloridos azules en un fieltro húmedo, una mancha de grasa en el eje del motor o en un fieltro húmedo, una mancha de grasa en el eje del motor o una mancha blanca efectuada con “Liquid paper”. En todo caso, una mancha blanca efectuada con “Liquid paper”. En todo caso, no importa el tipo de “Trigger” pero sí es de importancia absoluta no importa el tipo de “Trigger” pero sí es de importancia absoluta que el “trigger” proporcione una lectura buena y repetitiva, así que el “trigger” proporcione una lectura buena y repetitiva, así como asegurar adecuadamente su montaje.como asegurar adecuadamente su montaje.

2.4 HISTORIA TRAGICA SOBRE EL “STA” QUE DEBIO SER EMPLEADO PARA 2.4 HISTORIA TRAGICA SOBRE EL “STA” QUE DEBIO SER EMPLEADO PARA EVALUAR LA CAJA DE ENGRANAJES DE UN HELICÓPTERO QUE SE EVALUAR LA CAJA DE ENGRANAJES DE UN HELICÓPTERO QUE SE ACCIDENTO.ACCIDENTO.

Victor Wowk, un analista de vibraciones comenta la historia trágica que le Victor Wowk, un analista de vibraciones comenta la historia trágica que le sucedió, ya que si hubiese aplicado el “STA” a la caja de engranajes de un sucedió, ya que si hubiese aplicado el “STA” a la caja de engranajes de un helicóptero australiano, se hubiese salvado la vida de 2 tripulantes. El helicóptero australiano, se hubiese salvado la vida de 2 tripulantes. El informó que un análisis de vibración se efectuó en la máquina sólo 42 horas informó que un análisis de vibración se efectuó en la máquina sólo 42 horas de vuelo antes que el helicóptero se accidentara en diciembre de 1983 en la de vuelo antes que el helicóptero se accidentara en diciembre de 1983 en la Costa de Australia. Desgraciadamente, sólo se practicó un análisis de Costa de Australia. Desgraciadamente, sólo se practicó un análisis de espectros, no detectándose amplitudes-frecuencias de riesgo, conforme se espectros, no detectándose amplitudes-frecuencias de riesgo, conforme se muestra en la Figura 23. (Espectros líneas y logarítmico). Con referencia muestra en la Figura 23. (Espectros líneas y logarítmico). Con referencia se tiene como GMF = 940 Hz y con una amplitud menor a 7 g mientras 2X se tiene como GMF = 940 Hz y con una amplitud menor a 7 g mientras 2X GMF registraba una amplitud aproximada de 4.2 g´s (18.880) V. Wowk GMF registraba una amplitud aproximada de 4.2 g´s (18.880) V. Wowk también informó que este mismo tipo de espectros aparecía en cajas de también informó que este mismo tipo de espectros aparecía en cajas de engranajes en buen estado, por lo que pensó que no habría limitaciones.engranajes en buen estado, por lo que pensó que no habría limitaciones.

Afortunadamente, los datos fueron grabados en un registrador de cinta Afortunadamente, los datos fueron grabados en un registrador de cinta magnetofónica, lo que permitió un posterior análisis; luego de la caída del magnetofónica, lo que permitió un posterior análisis; luego de la caída del Helicóptero. Desgraciadamente las fisuras en los dientes de engranaje casi Helicóptero. Desgraciadamente las fisuras en los dientes de engranaje casi nunca afectan la frecuencia de engranaje 8 GMF), pero dichos defectos sí nunca afectan la frecuencia de engranaje 8 GMF), pero dichos defectos sí afectan la frecuencia 1X RPM; desgraciadamente, a menudo cuando un afectan la frecuencia 1X RPM; desgraciadamente, a menudo cuando un analista ve una vibración alta en un engranaje a IX RPM, él busca analista ve una vibración alta en un engranaje a IX RPM, él busca problemas como desequilibrio o desalineamiento, además, un engranaje con problemas como desequilibrio o desalineamiento, además, un engranaje con dientes fisurados no genera necesariamente altas amplitudes en el espectro dientes fisurados no genera necesariamente altas amplitudes en el espectro FFT.FFT.

Figura 23. Espectros de una caja de engranajes de un helicóptero australiano

Figura 24. Sta en un waveform, 42 horas de vuelo antes del accidente del helicóptero

MODULO IXMODULO IXINTRODUCCION A LOS MECANISMOS INTRODUCCION A LOS MECANISMOS

DE AISLAMIENTO VIBRACIONAL DE AISLAMIENTO VIBRACIONAL (ISOLATORS)(ISOLATORS)

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

A menudo, los analistas de vibración y aquellos que no están familiarizados con A menudo, los analistas de vibración y aquellos que no están familiarizados con la tecnología, confundirán los términos “aislamiento de vibración”, y la tecnología, confundirán los términos “aislamiento de vibración”, y “amortiguamiento de la vibración (damping), como si tuviesen el mismo “amortiguamiento de la vibración (damping), como si tuviesen el mismo significado, lo cual es un error.significado, lo cual es un error.

El principal objetivo del aislamiento de vibración es prevenir la transmisión no El principal objetivo del aislamiento de vibración es prevenir la transmisión no deseada de la vibración de una estructura o máquina a otros equipos - deseada de la vibración de una estructura o máquina a otros equipos - estructuras, gracias al principio de diferencias entre las frecuencias forzantes de estructuras, gracias al principio de diferencias entre las frecuencias forzantes de la vibración y la frecuencia natural del mecanismo del aislador (ver Figura 1).la vibración y la frecuencia natural del mecanismo del aislador (ver Figura 1).

Uno de los puntos clave, es que al instalar los aisladores entre una máquina y el Uno de los puntos clave, es que al instalar los aisladores entre una máquina y el suelo u otra estructura, no se reducirá la vibración dentro de la máquina (al suelo u otra estructura, no se reducirá la vibración dentro de la máquina (al contrario, aumentará los niveles de vibración en la mayoría de las máquinas contrario, aumentará los niveles de vibración en la mayoría de las máquinas cuando están soportadas en los aisladores aproximadamente un 20% a 40%). En cuando están soportadas en los aisladores aproximadamente un 20% a 40%). En cambio, reducirá la transmisión de vibración de esta máquina a las estructuras cambio, reducirá la transmisión de vibración de esta máquina a las estructuras circundantes, o por otro lado, reducirá la vibración entrante de otras fuentes a la circundantes, o por otro lado, reducirá la vibración entrante de otras fuentes a la máquina o estructura. Debe señalarse que aunque la vibración aumenta a máquina o estructura. Debe señalarse que aunque la vibración aumenta a menudo en una máquina en que se instalan aisladores, ningún daño se producirá menudo en una máquina en que se instalan aisladores, ningún daño se producirá en la misma desde que ninguna fuerza adicional se aplique a la máquina, lo que en la misma desde que ninguna fuerza adicional se aplique a la máquina, lo que está sucediendo es que tiene menor resistencia dinámica (manteniendo las está sucediendo es que tiene menor resistencia dinámica (manteniendo las mismas cargas), recuerde que la amplitud de la vibración es proporcional a la mismas cargas), recuerde que la amplitud de la vibración es proporcional a la carga dinámica divida por la resistencia dinámica.carga dinámica divida por la resistencia dinámica.

1.1 ¿POR QUE SE NECESITAN LOS AISLADORES DE VIBRACIÓN?1.1 ¿POR QUE SE NECESITAN LOS AISLADORES DE VIBRACIÓN?

Tomemos como ejemplo, una planta que tiene un total de diez (10) Tomemos como ejemplo, una planta que tiene un total de diez (10) sopladores similares tipo lóbulo y que normalmente, requiere operar sopladores similares tipo lóbulo y que normalmente, requiere operar con cinco de las diez máquinas. El analista de la Planta observó la con cinco de las diez máquinas. El analista de la Planta observó la presencia de problemas mecánicos en las máquinas que no estaban presencia de problemas mecánicos en las máquinas que no estaban operando. En la investigación, él encontró que las pistas de los operando. En la investigación, él encontró que las pistas de los rodamientos de las máquinas que no operaban estaban sujetas a un rodamientos de las máquinas que no operaban estaban sujetas a un desgaste prematuro, especialmente en la zona de carga de la pista desgaste prematuro, especialmente en la zona de carga de la pista exterior.exterior.

Las máquinas que estaban en Stand-By eran requeridas para entrar Las máquinas que estaban en Stand-By eran requeridas para entrar en operación, los rodamientos comenzaban a fallar en corto plazo. en operación, los rodamientos comenzaban a fallar en corto plazo. Con el propósito de prevenir estas anomalías, producidas por las Con el propósito de prevenir estas anomalías, producidas por las vibraciones inducidas por las máquinas que estaban operando sobre vibraciones inducidas por las máquinas que estaban operando sobre aquellas que se encontraban fuera de servicio; se recomendó la aquellas que se encontraban fuera de servicio; se recomendó la instalación de aisladores (Isolators) de vibración en cada una de las instalación de aisladores (Isolators) de vibración en cada una de las diez máquinas.diez máquinas.

La instalación de estos aisladores eliminó el daño prematuro de los La instalación de estos aisladores eliminó el daño prematuro de los rodamientos, evitando la falla de los sopladores.rodamientos, evitando la falla de los sopladores.

Figura 1. Theoretical vibration isolation efficiency & transmissibility curve (assumed damping factor = .05)

Figure 2. Theoretical transmissibility curve for a range of camping factors in a single degrees of freedom system

Figura 3. Proposed vibration isolation frame

Figura 4. Vibration isolation system for a compressor and attached piping

1.2 ¿COMO TRABAJA EL AISLAMIENTO DE LA VIBRACION?1.2 ¿COMO TRABAJA EL AISLAMIENTO DE LA VIBRACION?

La Figura 1 ayuda a explicar cómo trabaja el aislamiento de la La Figura 1 ayuda a explicar cómo trabaja el aislamiento de la vibración; se asume un factor de amortiguamiento igual a .05 y se vibración; se asume un factor de amortiguamiento igual a .05 y se observa sobre el eje vertical de la izquierda “la Transmisibilidad” (T), observa sobre el eje vertical de la izquierda “la Transmisibilidad” (T), mientras sobre el eje de la derecha “el porcentaje de eficacia de mientras sobre el eje de la derecha “el porcentaje de eficacia de aislamiento”. aislamiento”.

El eje horizontal presenta la relación de la frecuencia forzante con la El eje horizontal presenta la relación de la frecuencia forzante con la frecuencia natural del aislador (isolator). La frecuencia forzante no frecuencia natural del aislador (isolator). La frecuencia forzante no solamente puede ser motivada por la velocidad de operación, sino solamente puede ser motivada por la velocidad de operación, sino también por las frecuencias X RPM, 3XRPM, paso de alabes, etc.también por las frecuencias X RPM, 3XRPM, paso de alabes, etc.

La clave para la instalación óptima de un sistema de aislamiento radica La clave para la instalación óptima de un sistema de aislamiento radica en ubicar la menor frecuencia forzante de mayor amplitud y diseñar el en ubicar la menor frecuencia forzante de mayor amplitud y diseñar el sistema de aislamiento alrededor de esta menor frecuencia de sistema de aislamiento alrededor de esta menor frecuencia de considerable amplitud.considerable amplitud.

La otra clave es que asumiendo un sistema de simple grado de libertad La otra clave es que asumiendo un sistema de simple grado de libertad (masa con su resorte) y seleccionando el aislador para que “aísle” la (masa con su resorte) y seleccionando el aislador para que “aísle” la frecuencia más baja de considerable amplitud, este sistema de frecuencia más baja de considerable amplitud, este sistema de aislamiento, “aislará” las frecuencias más altas.aislamiento, “aislará” las frecuencias más altas.

1.3 ¿CUÁL ES UNA BUENA REGLA PARA ESPECIFICAR LOS AISLADORES DE 1.3 ¿CUÁL ES UNA BUENA REGLA PARA ESPECIFICAR LOS AISLADORES DE VIBRACIÓN APROPIADOS?VIBRACIÓN APROPIADOS?

Observando nuevamente la Figura 1, en el sector superior izquierdo, la Observando nuevamente la Figura 1, en el sector superior izquierdo, la región denominada “de amplificación”. Desgraciadamente, en muchas región denominada “de amplificación”. Desgraciadamente, en muchas plantas a lo largo del mundo, se han instalado amplificadores de plantas a lo largo del mundo, se han instalado amplificadores de vibración en lugar de aisladores de vibración. Es decir, “la máquina y el vibración en lugar de aisladores de vibración. Es decir, “la máquina y el área circundante” estarían operando mejor sin estos llamados área circundante” estarían operando mejor sin estos llamados “aisladores” que en realidad son “amplificadores”. Esto implica que la “aisladores” que en realidad son “amplificadores”. Esto implica que la frecuencia forzante de la máquina al ser aislada de las vibraciones que frecuencia forzante de la máquina al ser aislada de las vibraciones que se transmiten a través del suelo o el entorno de la estructura, sería se transmiten a través del suelo o el entorno de la estructura, sería similar a la frecuencia natural del aislador (isolator) (fd/fn=1). En estos similar a la frecuencia natural del aislador (isolator) (fd/fn=1). En estos casos la vibración puede ser fácilmente superior a 10 o más veces que si casos la vibración puede ser fácilmente superior a 10 o más veces que si no hubiéramos instalado ningún “isolator”, de hecho, ningún aislamiento no hubiéramos instalado ningún “isolator”, de hecho, ningún aislamiento efectivo tiene lugar hasta que la frecuencia forzante más baja (fd) es por efectivo tiene lugar hasta que la frecuencia forzante más baja (fd) es por lo menos 1.414 veces la frecuencia natural del isolator (fn).lo menos 1.414 veces la frecuencia natural del isolator (fn).

Una buena recomendación implica que la frecuencia forzante sea al Una buena recomendación implica que la frecuencia forzante sea al menos tres (3) veces la frecuencia natural del aislador (isolator), con menos tres (3) veces la frecuencia natural del aislador (isolator), con ello, podríamos aislar un 89% de la vibración. En otros casos, donde se ello, podríamos aislar un 89% de la vibración. En otros casos, donde se requiere un mayor aislamiento de la vibración, la relación mencionada requiere un mayor aislamiento de la vibración, la relación mencionada deberá ser de siete 7 ó más, a fin de asegurar un 98% del aislamiento. deberá ser de siete 7 ó más, a fin de asegurar un 98% del aislamiento. En el ejemplo de Figura 1 (un ventilador directamente acoplado) que En el ejemplo de Figura 1 (un ventilador directamente acoplado) que viene transmitiendo excesiva vibración al entorno, se superó el problema viene transmitiendo excesiva vibración al entorno, se superó el problema instalando un aislador con una frecuencia natural de 600 CPM para instalando un aislador con una frecuencia natural de 600 CPM para enfrentar la alta amplitud generada a 1800 RPM.enfrentar la alta amplitud generada a 1800 RPM.

1.4 ¿CÓMO LA CANTIDAD DE AMORTIGUAMIENTO DEL AISLADOR AFECTA 1.4 ¿CÓMO LA CANTIDAD DE AMORTIGUAMIENTO DEL AISLADOR AFECTA EL COMPORTAMIENTO DEL MISMO? EL COMPORTAMIENTO DEL MISMO?

Algunos aisladores pueden equiparse o combinarse con materiales Algunos aisladores pueden equiparse o combinarse con materiales amortiguantes, lo cual ayuda a reducir la respuesta vibracional amortiguantes, lo cual ayuda a reducir la respuesta vibracional cuando la máquina acelera hasta su velocidad de operación, pasando cuando la máquina acelera hasta su velocidad de operación, pasando por la frecuencia natural del aislador. Es importante indicar que por la frecuencia natural del aislador. Es importante indicar que puede ser necesario instalar un sistema de resortes de acero para puede ser necesario instalar un sistema de resortes de acero para prevenir el movimiento resultante al pasar por la frecuencia prevenir el movimiento resultante al pasar por la frecuencia resonante. resonante.

El problema con el amortiguamiento es que al incrementarse, El problema con el amortiguamiento es que al incrementarse, reduciremos la capacidad del aislamiento, por ejemplo, una relación reduciremos la capacidad del aislamiento, por ejemplo, una relación de frecuencia forzante a frecuencia natural del aislador de 10 dará un de frecuencia forzante a frecuencia natural del aislador de 10 dará un factor de amortiguamiento de .02 con un aislamiento del 99%, factor de amortiguamiento de .02 con un aislamiento del 99%, mientras un aislador con mayor factor de amortiguamiento de .25, mientras un aislador con mayor factor de amortiguamiento de .25, tendrá un porcentaje de aislamiento de aproximadamente 94% (esto tendrá un porcentaje de aislamiento de aproximadamente 94% (esto nos puede parecer ser mucha diferencia, pero si se requiere precisión, nos puede parecer ser mucha diferencia, pero si se requiere precisión, puede representar la diferencia). Por otro lado, si la relación de puede representar la diferencia). Por otro lado, si la relación de frecuencia fuera solo de 3.0, esto dejaría caer el aislamiento desde el frecuencia fuera solo de 3.0, esto dejaría caer el aislamiento desde el 90% a solo 75%, significando que el 25% de la vibración atravesaría el 90% a solo 75%, significando que el 25% de la vibración atravesaría el aislador de mayor amortiguamiento, comparado con solo el 10% para aislador de mayor amortiguamiento, comparado con solo el 10% para el caso del aislador con menor amortiguamiento.el caso del aislador con menor amortiguamiento.

1.5 ¿CUALES SON ALGUNOS TIPOS TIPICOS DE AISLADORES Y 1.5 ¿CUALES SON ALGUNOS TIPOS TIPICOS DE AISLADORES Y COMO COMPARAR SU COMPORTAMIENTO?COMO COMPARAR SU COMPORTAMIENTO?

La tabla de la Figura 5, compara algunos de los más La tabla de la Figura 5, compara algunos de los más comunes tipos de aisladores, junto con su rango de comunes tipos de aisladores, junto con su rango de frecuencias naturales, igualmente, muestra qué rango de frecuencias naturales, igualmente, muestra qué rango de frecuencias forzantes teóricas manejará cada tipo de frecuencias forzantes teóricas manejará cada tipo de “aislador” (para un aproximado del 90%, 96% de “aislador” (para un aproximado del 90%, 96% de aislamiento). Por ejemplo, si tuviéramos un ventilador de aislamiento). Por ejemplo, si tuviéramos un ventilador de 1780 RPM, seleccionaríamos aisladores de resortes de 1780 RPM, seleccionaríamos aisladores de resortes de acero, del tipo elastomérico o de fibra de vidrio. En otra acero, del tipo elastomérico o de fibra de vidrio. En otra circunstancia, para un ventilador accionado por fajas que circunstancia, para un ventilador accionado por fajas que gire a 450 RPM, la elección adecuada del aislador podría gire a 450 RPM, la elección adecuada del aislador podría ser resortes de acero o soportes neumáticos. ser resortes de acero o soportes neumáticos.

Las Figuras 6 a la 10, muestran los típicos aisladores Las Figuras 6 a la 10, muestran los típicos aisladores disponibles en la actualidad, desde los más económicos disponibles en la actualidad, desde los más económicos (Figuras 6 y 7) hasta los más costosos sistemas neumáticos (Figuras 6 y 7) hasta los más costosos sistemas neumáticos con suministro continuo de aire (Figuras 8 y 9).con suministro continuo de aire (Figuras 8 y 9).

Figura 5. Frecuencia natural aproximada y datos de comportamiento para varios tipos de aisladores y materiales

Figura 6. Aislador de almohada elastomérica

Figura 7. Aislador elastomérico

Figura 8. Montaje neumático (sin suministro de aire)

Figura 9. Aislador neumático con el suministro de aire continúo para el aislamiento de frecuencias muy bajas y aplicables a instalaciones con instrumentos de precisión

Figura 10. Compressor and motor on proposed vibration isolation support system

1.6 1.6 LAS REGLAS DE ORO PARA ESPECIFICAR LOS AISLADORES DE LAS REGLAS DE ORO PARA ESPECIFICAR LOS AISLADORES DE VIBRACION VIBRACION

Cuando se especifica aisladores para maquinaria rotativa en Cuando se especifica aisladores para maquinaria rotativa en general, siempre asegúrese que la menor frecuencia forzante, general, siempre asegúrese que la menor frecuencia forzante, significativa sea por lo menos superior a 3 veces la frecuencia significativa sea por lo menos superior a 3 veces la frecuencia natural del aislador (para proporcionar 90% de aislamiento natural del aislador (para proporcionar 90% de aislamiento aproximadamente). Para sistemas de mayor precisión, donde aproximadamente). Para sistemas de mayor precisión, donde un mayor aislamiento se requiere, esta proporción debe un mayor aislamiento se requiere, esta proporción debe aumentarse a 6 o 7.aumentarse a 6 o 7.

Nunca especifique un aislador que tenga una frecuencia Nunca especifique un aislador que tenga una frecuencia natural mayor a la mitad de la frecuencia significante más natural mayor a la mitad de la frecuencia significante más baja (no se olvide de la frecuencia de fajas en un sistema con baja (no se olvide de la frecuencia de fajas en un sistema con ese tipo de transmisiones).ese tipo de transmisiones).

Al aislar un motor acoplado directamente a una bomba o un Al aislar un motor acoplado directamente a una bomba o un ventilador accionado por fajas, el analista deberá considerar ventilador accionado por fajas, el analista deberá considerar la instalación de una base común, conforme a lo mostrado en la instalación de una base común, conforme a lo mostrado en la Figura 10, de lo contrario, se puede introducir inestabilidad la Figura 10, de lo contrario, se puede introducir inestabilidad en la base de los equipos.en la base de los equipos.

MODULO XMODULO XINTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE

AMORTIGUAMIENTO VIBRACIONAL AMORTIGUAMIENTO VIBRACIONAL (DAMPING SYSTEMS)(DAMPING SYSTEMS)

1. INTRODUCCION1. INTRODUCCION

Las respuestas dinámicas de las máquinas y estructuras son Las respuestas dinámicas de las máquinas y estructuras son principalmente gobernadas por las siguientes tres propiedades: la principalmente gobernadas por las siguientes tres propiedades: la masa, la rigidez (stiffness) y el amortiguamiento (damping). Los masa, la rigidez (stiffness) y el amortiguamiento (damping). Los primeros dos términos son fácilmente entendidos por el analista primeros dos términos son fácilmente entendidos por el analista de vibración, sin embargo, la tercera propiedad, el de vibración, sin embargo, la tercera propiedad, el amortiguamiento es a veces no bien entendida y aparentemente amortiguamiento es a veces no bien entendida y aparentemente compleja, así como más difícil de predecir. Desgraciadamente la compleja, así como más difícil de predecir. Desgraciadamente la palabra “amortiguamiento” ha sido usada durante años a los palabra “amortiguamiento” ha sido usada durante años a los problemas de reducción de vibración y ruido, es decir, este problemas de reducción de vibración y ruido, es decir, este término (amortiguamiento) frecuentemente se confunde mucho término (amortiguamiento) frecuentemente se confunde mucho con aislar la vibración, lo cual es erróneo.con aislar la vibración, lo cual es erróneo.

1.2 AMORTIGUANDO1.2 AMORTIGUANDO

Amortiguar es dispersar la energía vibracional, ya sea con el Amortiguar es dispersar la energía vibracional, ya sea con el movimiento o con el tiempo, convirtiendo esta energía de movimiento o con el tiempo, convirtiendo esta energía de movimientos mecánicos a otros tipos de energía, principalmente en movimientos mecánicos a otros tipos de energía, principalmente en calor. Por consiguiente, la medida de amortiguar una estructura o calor. Por consiguiente, la medida de amortiguar una estructura o material revela su habilidad de liberar la vibración con el tiempo y material revela su habilidad de liberar la vibración con el tiempo y distancia.distancia.

La Figura 1 ayuda a ilustrar la función más importante del La Figura 1 ayuda a ilustrar la función más importante del amortiguamiento, como se puede observar, hay tres diferentes amortiguamiento, como se puede observar, hay tres diferentes regiones (A, B y C), donde se muestra el mayor factor limitante de regiones (A, B y C), donde se muestra el mayor factor limitante de la vibración en cada una de estas tres regiones. La región “A” la vibración en cada una de estas tres regiones. La región “A” muestra a un rotor operando por debajo de la resonancia, donde la muestra a un rotor operando por debajo de la resonancia, donde la vibración es generada por el desbalance y crece con la velocidad al vibración es generada por el desbalance y crece con la velocidad al cuadrado; nótese que la resistencia dominante en esta región es la cuadrado; nótese que la resistencia dominante en esta región es la rigidez del sistema de soportes, donde la rigidez “K” es expresada rigidez del sistema de soportes, donde la rigidez “K” es expresada en lb/in por lo tanto, la cantidad de amortiguamiento dentro del en lb/in por lo tanto, la cantidad de amortiguamiento dentro del rotor tiene una influencia despreciable sobre la vibración, cuando rotor tiene una influencia despreciable sobre la vibración, cuando el rotor opera en esta región “A”.el rotor opera en esta región “A”.

Figura 1. Cambios del desplazamiento vibracional y fase según las RPM en las regiones

Figura 2. Curva teórica de la transmisibilidad (T) para un rango de factores de amortiguamiento en un sistema de simple grado de libertad

La ecuación, muestra las diversas formas de expresar la La ecuación, muestra las diversas formas de expresar la cantidad de amortiguamiento y cómo se calcularía.cantidad de amortiguamiento y cómo se calcularía.

Donde: Q = Factor de amplificación resonante. ε = “Ratio de amortiguamiento crítico” C/Co donde C es el

coeficiente de amortiguamiento viscoso (lb-sec/in) y el Co es el coeficiente de amortiguamiento crítico, o la cantidad más pequeña de amortiguamiento requerido para retornar el sistema a su posición de reposo (lb-sec/in).

n = 2 ε = Factor de pérdida para el material amortiguante, es un medida de la capacidad de un material para disipar la vibración.

& = Logaritmo del decremento del factor de amortiguamiento. Fn = Frecuencia Natural (Hz o CPM). Fh = F correspondiente a una amplitud igual a 0.707 Fn y

ubicada sobre la Fn. Fl = F correspondiente a una amplitud igual a 0.707 Fn y

ubicada debajo de la Fn.

21

21

lh

n

FFF

nQ

Figura 3. Factor de amortiguamiento de un “coastdown” vibracional

1.3 TIPOS DE TRATAMIENTOS DE AMORTIGUAMIENTO1.3 TIPOS DE TRATAMIENTOS DE AMORTIGUAMIENTO

Hay dos tipos de tratamiento de amortiguamiento. Estos Hay dos tipos de tratamiento de amortiguamiento. Estos son la de libre-capa (free-laser) y la de tipo emparedado son la de libre-capa (free-laser) y la de tipo emparedado (constrained-layer). La Figura 4 muestra la de libre capa, (constrained-layer). La Figura 4 muestra la de libre capa, que consiste en una sola capa de material viscoelástico que consiste en una sola capa de material viscoelástico aplicado a la estructura base.aplicado a la estructura base.

El amortiguamiento basa su principio de disipar la El amortiguamiento basa su principio de disipar la vibración, gracias al movimiento flexionante en conjunto vibración, gracias al movimiento flexionante en conjunto de la estructura base (plancha) y su material viscoelástico de la estructura base (plancha) y su material viscoelástico adherido.adherido.

En la Figura 4 se puede observar un sistema de En la Figura 4 se puede observar un sistema de amortiguamiento de libre capa, donde se ha aplicado un amortiguamiento de libre capa, donde se ha aplicado un material viscoelástico de 3/16” a 5 planchas de acero de material viscoelástico de 3/16” a 5 planchas de acero de diferentes espesores; se puede observar un crecimiento diferentes espesores; se puede observar un crecimiento del amortiguamiento al disminuir el espesor de la plancha del amortiguamiento al disminuir el espesor de la plancha (siendo constante el espesor del material viscoelástico).(siendo constante el espesor del material viscoelástico).

Figura 4. Amortiguamiento en sistemas de libre capa (free layer)

Figura 5. Propiedades físicas en varios materiales comerciales para amortiguamiento

Figura 6. Sistema de amortiguamiento “constrained layer” y los efectos de la temperatura, frecuencia y espesor del material viscoelástico