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FACULTAD DE INGENIERIA
CAMPUS COATZACOALCOS
AERZEN DE TORNILLO
TESIS
PARA OBTENER EL TTULO DE:
INGENIERO MECNICO ELCTRICO
PRESENTA:
WILBERT GARCA GONZLEZ
ASESOR:
ING. MANUEL LPEZ COBOS
COATZACOALCOS, VERACRUZ; 2011.
UNIVERSIDAD VERACRUZANA
i
ii
DEDICATORIA
A mis padres quienes me dieron la vida y han confiado ciegamente en mi capacidad dndome todo lo necesario para concluir mis estudios. A mi novia, por ser una gran persona, compaera, amiga. Gracias Gregorio Garca Luis Florentina Gonzlez Fernndez Anel Canela Garca
iii
INTRODUCCIN ........................................................................................................ V
JUSTIFICACIN ....................................................................................................... VI
OBJETIVOS ............................................................................................................. VII
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................ 1
HIPTESIS .................................................................................................................. 1
UNIDAD I
CONCEPTOS GENERALES DE VIBRACIN ............................................................ 3
1.1- VIBRACIN ......................................................................................... 3
1.1.1.- Frecuencia de vibracin ........................................................... 4
1.1.2.- DESPLAZAMIENTO DE VIBRACIN ...................................................... 6
1.1.3.- VELOCIDAD DE VIBRACIN ............................................................... 6
1.1.4.- ACELERACIN DE LA VIBRACIN ....................................................... 7
1.1.5.- FASE ............................................................................................. 8
1.1.6.- FRECUENCIA NATURAL ................................................................... 9
1.1.7.- FRECUENCIA DE RESONANCIA ......................................................... 9
1.1.8.- UNIDADES DE MEDIDA ..................................................................... 9
1.1.9.- USO DEL DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIN ................. 10
1.1.10.- INSTRUMENTOS PARA MEDIR LA VIBRACIN ................................... 13
1.1.11- COLECTOR DE DATOS ................................................................... 13
1.1.12.- TRANSDUCTORES ....................................................................... 15
1.2.- ANLISIS DE LA VIBRACIN................................................................ 20
1.2.1.- Adquisicin de datos .............................................................. 20
1.2.2.- Interpretacin de los datos ..................................................... 23
UNIDAD II
CONCEPTOS DEL COMPRESOR ............................................................................ 47
2.1- EL COMPRESOR: DEFINICIN Y TIPOS .................................................. 47
2.1.1. - Etapas de compresin ........................................................... 47
2.1.2.- Clasificacin .......................................................................... 49
Compresores de tornillo..................................................................... 51
UNIDAD III
ANALISIS DE VIBRACIONES EN COMPRESOR AERZEN DE TORNILLOS ......... 64
3.1.- METODOLOGA PARA EL ANLISIS ..................................................... 64
3.2.- PUNTOS A MEDIR ............................................................................ 66
COMPRESOR AERZEN SG-K12 .......................................................... 67
DIAGNSTICO DEL COMPRESOR SGK-12 ................................................... 78
RECOMENDACIN .................................................................................... 78
BIBLIOGRAFA ......................................................................................................... 79
ANEXOS .................................................................................................................... 80
file:///C:\Documents%20and%20Settings\Wilbert\Escritorio\tesiscorregida%20(Reparado).docx%23_Toc304762008iv
INDICE DE ILUSTRACIONES
Figure 1. Onda senoidal ............................................................................................ 5
Figure 2. Velocidad de la vibracin ......................................................................... 7
Figure 3. Fase de la vibracin .................................................................................. 8
Figure 4. Comparacin de las mediciones .............................................................. 12
Figure 5: Transductores .......................................................................................... 19
Figure 6: Carta de Rathbone ................................................................................... 24
Figure 7: Espectro amplitud vs frecuencia ............................................................. 27
Figure 8: Anlisis de cascada ................................................................................. 29
Figure 9: Diagrama de Bode .................................................................................. 31
Figure 10: Diagrama de Nyquist ............................................................................ 33
Figure 11: Waveform ............................................................................................. 35
FIGURE 12: RBITA PRODUCIDA POR DESALINEAMIENTO ................... 37
Figure 13: Orbitas ................................................................................................... 38
Figure 14: Clasificacin de compresores ............................................................... 49
v
Introduccin
El mantenimiento predictivo es una prctica en desarrollo en nuestro pas,
aunque en estos ltimos aos se ha hecho ms popular. La tecnologa
necesaria para realizarlo esta en continuo desarrollo e investigacin a nivel
mundial. Se conoce la teora respecto del anlisis de vibraciones y sus
beneficios, pero debido al alto costo de la instrumentacin requerida para el
mismo, resulta difcil su aplicacin, justificndose, nicamente, en equipos
muy costosos y sofisticados.
Se explicaran las tcnicas que existen hoy en da para realizar un anlisis
de vibracin a equipos dinmicos, y que beneficios tiene cada uno; as como
la forma correcta de llevarlo acabo. Mencionando niveles ptimos de
vibracin.
Lo anterior se aterrizara en el anlisis de un equipo muy comn en las
industrias, talleres etc. Que es el compresor de tornillo, se describe el tipo y
caractersticas principales del Compresor analizado, para comprender su
funcionamiento e identificar sus diferentes componentes. Luego se inicia el
estudio a fondo de las vibraciones mecnicas desde sus caractersticas
bsicas hasta su utilizacin como herramienta en el diagnstico prematuro
de fallas de maquinaria rotativa.
Finalmente se hace el anlisis mediante las diferentes herramientas, y se
describe el estado en que se encuentra y se emite recomendaciones para
asegurar el buen desempeo de la mquina.
vi
Justificacin
El anlisis de vibracin se encuentra dentro de la clasificacin de
mantenimiento predictivo, el cual tiene como finalidad detectar una falla antes
de que se haga notar de manera drstica e inesperada. De esta manera
dando tiempo de programar la reparacin, conseguir repuestos, maximizando
el tiempo de vida del equipo.
Anteriormente, el anlisis consista en varios procesos con diferentes
equipos de recoleccin y analizadores que tenan poca capacidad de
retencin de informacin, robustos. Lo que daba como resultado un
diagnostico poco fiable. Hoy en da existen aparatos los cuales permiten
colectar y analizar, en poco tiempo, teniendo gran capacidad de almacenaje
de la informacin. La metodologa para el anlisis de vibraciones es variada y
esta en funcin de los equipos, los cuales al ser de construccin diferente,
sus elementos rotatorios generan vibraciones caractersticas de ellos.
Puesto que se cuentan con las herramientas para diagnosticar, ahora es
necesario saberlo hacer, para ello este trabajo explicara la estructura del
compresor de tornillo, sus piezas y dems elementos.
vii
OBJETIVOS
General
Aplicar el anlisis de vibraciones como herramienta del mantenimiento
predictivo para diagnosticar el estado de un compresor de aire tipo tornillo de
213 kw y encontrar el problema, el cual est ocasionando una vibracin que
se encuentra fuera de los parmetros aceptables.
Especficos
Describir de forma general las diferentes partes de las cuales consta el
compresor Aerzen utilizado con el fin de identificar, fcilmente, sus
componentes principales.
Conocer las caractersticas del mantenimiento predictivo as como sus
tcnicas ms utilizadas y las aplicaciones, en las cuales brindan
mejores resultados.
Realizar un estudio completo respecto de las vibraciones mecnicas,
desde sus caractersticas fundamentales hasta sus valores aceptables
de operacin en mquinas rotativas.
Conocer los tipos de fallas y la forma en que pueden ser
diagnosticados con la ayuda del anlisis de vibraciones para
diferentes tipos de maquinaria.
Mostrar mediante espectros las fallas en que puede incurrir un
compresor tipo tornillo.
1
Planteamiento del problema
El anlisis de vibracin a equipos rotatorios es de gran importancia en el
aspecto econmico para una empresa, y mas aun cuando estn enfocados a
mquinas que se encuentran en procesos crticos. Un paro de estos equipos
significa mucho dinero, por lo cual las empresas no se dan ese lujo.
La forma ms eficaz esto es mediante el mantenimiento predictivo con
aparatos de toma y anlisis de vibracin. Conocer la causa que provoca
que una maquina vibre es muy fundamental, ya que muchas veces en otro
tipos de mantenimiento solo se enfocan a reparar o remplazar la pieza
daada, y no se procura saber que es lo que ocasion ese defecto.
Por ello en este trabajo se ocupara de encontrar las causas races que
provocan vibracin en el compresor Aerzen modelo VH 337 D.
Hiptesis
El diagnostico basado en el anlisis de vibracin permitir encontrar la causa
de la vibracin del compresor, sin necesidad de desarmar o desmontar pieza
alguna.
2
CAPITULO I
CONCEPTOS DE VIBRACIONES
3
Conceptos generales de vibracin
1.1- Vibracin
En su forma ms sencilla, una vibracin se puede considerar como la oscilacin o el movimiento repetitivo de un objeto alrededor de una posicin
de equilibrio. La posicin de equilibrio es la a la que llegar cuando la fuerza
que acta sobre l sea cero. Este tipo de vibracin se llama vibracin de
cuerpo entero, lo que quiere decir que todas las partes del cuerpo se mueven
juntas en la misma direccin en cualquier momento.
La vibracin de un objeto es causada por una fuerza de excitacin. Esta
fuerza se puede aplicar externamente al objeto o puede tener su origen a
dentro del objeto. Mas adelante veremos que la proporcin (frecuencia) y la
magnitud de la vibracin de un objeto dado, estn completamente
determinados por la fuerza de excitacin, su direccin y frecuencia. Esa es
la razn porque un anlisis de vibracin puede determinar las fuerzas de
excitacin actuando en una mquina. Esas fuerzas dependen del estado de
la mquina, y el conocimiento de sus caractersticas e interacciones permite
de diagnosticar un problema de la mquina.
De manera general la causa de la vibracin reside en los problemas
mecnicos de una mquina. A continuacin se presenta una lista de los
problemas ms comunes que producen vibracin, tales como:
4
Desbalance de piezas rotativas
Fuerzas electromagnticas
Falta de alineamiento de acoplamientos y rodamientos
Aflojamiento
Ejes vencidos
Rozamiento
Engranajes desgastados, excntricos o daados
Resonancia
Bandas o cadenas de transmisin en mala condicin
Rodamientos del tipo
antifriccin deteriorados
1.1.1.- Frecuencia de vibracin
La cantidad de tiempo requerida para llevar a cabo un ciclo completo de
un espectro de
realiza un ciclo completo de vibracin en sexagsimo de segundo (1/60), se
dice que el periodo de vibracin es igual a un sexagsimo de segundo. (Fig. 1)
La frecuencia de la vibracin es la medida de la cantidad de ciclos
completos que acontecen en un periodo de tiempo especfico. La relacin
entre la frecuencia y el perodo de un patrn de vibracin es expresada
mediante la siguiente formula:
. Por lo general es expresada como cantidad de ciclos que acontecen
en un minuto, es decir, cpm.
Un tercer modo de especificar la frecuencia es en trminos de cantidad de
ciclos por segundo, o sea en herz (Hz). Puesto que 1 Hz es igual a 60 cpm.
5
Si se cuenta con una frecuencia especificada en Hz, la misma podr
convertirse en cpm, de la siguiente manera:
La frecuencia de la vibracin es indispensable para poder identificar que
pieza es defectuosa y la ndole del problema. Las fuerzas que dan lugar a la
vibracin son generadas por el movimiento rotativo de los componentes de la
mquina. Por lo tanto dichas fuerzas cambiaran tanto en cantidad como en
direccin a medida que la pieza modifica su posicin con respecto al
resultado de la mquina. Por resultado, la frecuencia de la vibracin que se
produce depender de la velocidad rotatoria de la pieza afectada. As,
conociendo la frecuencia de la vibracin podemos identificar la pieza
defectuosa. Es tambin importante saber que los distintos problemas que
afectan las mquinas provocan vibraciones con frecuencias tambin distintas
lo que hace posible que identifiquemos la naturaleza del problema.
Figure 1. Onda senoidal
6
1.1.2.- Desplazamiento de vibracin
La distancia total que atraviesa la parte que vibra, desde un extremo al
mtrico se expresa en micrones, esto es un millonsimo de un metro
(0.000001 m) o sea un milsimo de un milmetro (0.001 mm).
1.1.3.- Velocidad de vibracin
Puesto que el peso vibrante est en movimiento (fig. 2), es obvio que se
mueve a cierta velocidad. Sin embargo, la velocidad del peso cambia
constantemente. Al llegar al lmite superior del movimiento la velocidad es
cero dado que el peso se detiene antes de proceder en la direccin opuesta,
alcanzando el valor mximo al pasar el peso por su punto neutro. La
velocidad del movimiento es indudablemente una caracterstica de la
vibracin, pero, considerando que cambia constantemente durante el ciclo,
se utilizan las unidades de medida del sistema ingls, la velocidad de la
vibracin se expresa como valor de pico en pulgadas por segundo, mientras
en el sistema mtrico se expresar como valor de pico en milmetros por
segundo.
7
1.1.4.- Aceleracin de la vibracin
La medicin de la aceleracin vibratoria guarda una relacin muy estrecha
con las fuerzas vibratorias que se aplican a la mquina, producindose
fuerzas bastante considerables a las frecuencias elevadas aun cuando sean
mnimos el desplazamiento y la velocidad de vibracin. Esto se puede
apreciar con claridad al observar que la aceleracin es funcin del
desplazamiento y la frecuencia cuadrados.
Por lo general se recomienda medir la aceleracin vibratoria en el caso de
las frecuencias por encima de 60,000 cpm.
La velocidad se aproxima a cero en los lmites de movimientos mximos.
Desde luego, cada vez que la pieza se para al lmite el movimiento tendr
movimiento. Tcnicamente dicho, la aceleracin es el coeficiente del cambio
de velocidad.
La aceleracin es expresada normalmente en gs pico, siendo un g la
aceleracin que produce la fuerza de gravedad en la superficie de la tierra.
Por un acuerdo internacional se ha dado a la cifra de 980,665 cm/seg2
386,087 pulg/seg2 carcter de estndar para expresar la aceleracin debido
a la gravedad.
Figure 2. Velocidad de la vibracin
8
1.1.5.- Fase
Se define fase como la posicin de una pieza que vibra en un instante
dado con relacin a un punto fijo o a otra pieza que vibra.
En la prctica, las medidas de fase sirven para comparar un movimiento
vibracional con otro, o determinar como vibra una pieza con respecto a otra.
Por ejemplo, las dos pesas de la figura 3 vibran a la misma frecuencia y
movimiento de dichas pesas, y empezando por el mismo momento, vemos
que los puntos de desplazamiento pico estn separados por 90 (un ciclo
completo es de 360). As que podramos decir que estas dos pesas estn
vibrando en desfasaje de 90.
Figure 3. Fase de la vibracin
9
1.1.6.- Frecuencia natural
Es la frecuencia a la cual vibrar una mquina o estructura cuando est
sometida a una vibracin espontnea. Se trata de la frecuencia a la cual una
vibrara a la frecuencia para la cual fue diseada. La mayora de las mquinas
y estructuras tienen muchas frecuencias naturales a las cuales vibrarn.
Cualquier fuerza momentnea provoca la excitacin a una o ms frecuencias
naturales.
1.1.7.- Frecuencia de resonancia
Es la frecuencia a la cual se produce la coincidencia entre una frecuencia
natural y una frecuencia de induccin. Por lo general, la vibracin aumenta a
medida que la frecuencia de induccin se acerca a la frecuencia natural,
alcanzando su punto mximo cuando ambas coinciden.
La velocidad crtica se trata de un caso especial de frecuencia de
resonancia que se produce cuando la velocidad de rotacin de una mquina
coincide con una frecuencia natural de la misma. En la mayora de los casos,
se trata de una frecuencia natural del eje que causa su vencimiento con
grandes amplitudes de la vibracin consiguientes.
1.1.8.- Unidades de medida
Los europeos usan por lo general las amplitudes de velocidad de valor
eficaz, en tanto que los estadounidenses han optado por los valores de
velocidad pico o de cresta, no obstante que la mayora de los instrumentos
10
generan datos en valor eficaz (rms) y luego los multiplican por el factor de
conversin (1.414) para obtener la conocida velocidad pico o de cresta.
Esto se debe principalmente a que, en Amrica, casi todas las tablas de
precisin para los diferentes tipos de equipos se han elaborado utilizando la
denominada velocidad pico.
Caractersticas de la vibracin
Tabla 1: Unidades comunes de medida
Sistema ingles de medidas Sistema mtrico o decimal
Frecuencia CPM o Hz CPM o Hz
Desplazamiento Mils pico a pico Micras, pico
Velocidad Pulg/seg rms Pul/seg pico
Mm/seg rms Mm/seg pico
Aceleracin G pico G rms
Fase Grados Grados
1.1.9.- Uso del desplazamiento, velocidad y aceleracin
Las caractersticas de la vibracin causada por el desplazamiento, velocidad
y aceleracin son medidas para poder determinar la severidad de la
vibracin. Estas caractersticas son a menudo definidas como la amplitud de
vibracin.
Con referencia al funcionamiento de una maquina, la amplitud de la vibracin
es el primer indicador de la condicin de la misma. Cuanto mayor la amplitud
tanto ms grave la vibracin. Sin embargo. El hecho de que la amplitud de la
vibracin puede ser medida en trminos de desplazamiento, velocidad o
aceleracin.
La medicin de la velocidad de vibracin est en relacin directa con la
severidad de la vibracin, para la mayora de los fines generales de medicin
de la vibracin, ste es el parmetro de medicin preferido. En lneas
generales, las vibraciones que acontecen en la gama de frecuencias
11
comprendida entre 600 y 60,000 cpm se mide mejor utilizando la velocidad
de vibracin.
La medicin del desplazamiento se utiliza en condiciones de esfuerzos
dinmicos, el desplazamiento de por si puede ser un mejor indicador de la
severidad de la situacin. Generalmente, es en las bajas frecuencias que el
desplazamiento puede ser el mejor indicador dela severidad de la vibracin;
tpicamente, en la gama de frecuencias por debajo de los 600 cpm.
Se utiliza la medicin de la aceleracin ya que est relacionada con la
fuerza, y fuerzas relativamente significativas pueden presentarse a altas
frecuencias, aunque el desplazamiento y la velocidad sean mnimos. Por lo
tanto, a altas frecuencias, es decir de 60,000 cpm y ms la aceleracin
puede ser el mejor indicador de la severidad de la vibracin. La figura 4.
Compara estos parmetros para mostrar donde son ms efectivos y tambin
como convertir las unidades de un modo a otro.
12
Universidad Veracruzana
Facultad de Ingeniera Mecnica Elctrica
Comparacin de mediciones
Tesis Profesional Wilbert Garca Gonzlez
2011 Coatzacoalcos, Ver. Figura # 4
Figure 4. Comparacin de las mediciones
13
1.1.10.- Instrumentos para medir la vibracin
Los instrumentos que sirven para medir la vibracin mecnica se clasifican
generalmente en medidores, monitores o analizadores.
El medidor de vibracin, es un instrumento porttil pequeo que
sirve para revisar peridicamente la vibracin generada en las
mquinas rotativas para determinar el nivel de vibracin global.
El monitor de vibraciones, es semejante a un vibrmetro o
medidor de vibraciones pero trabaja instalado permanente o
semi-permanente a fin de proporcionar una proteccin constante
contra la vibracin mecnica excesiva. Normalmente, los
monitores de vibracin incorporan rels de alarma y/o paro en
conjunto con niveles de vibracin fijados, advirtiendo cuando la
vibracin rebase un nivel dado.
El analizador, incorpora un filtro sintonizable para separar las
frecuencias individuales de las vibraciones complejas.
1.1.11- Colector de datos
Los colectores de datos de FFT (transformacin rpida de fourier),
adems de que pueden ser muy tiles en diversas situaciones de anlisis,
son los instrumentos mas avanzados que pueden elegirse para los
programas de mantenimiento predictivo. La capacidad de la fft permite que la
forma de onda de tiempo capturada por estas unidades sea transformada en
un espectro de frecuencia y exhibida en un pequeo monitor (en general en
un lapso de 1 a 4 segundos, segn el modo de acopio de datos, junto con el
lapso de frecuencia y las lneas de parmetros de resolucin del
instrumento). El panel de control permite un cambio rpido de los parmetros
de pantalla, lo que es sumamente til cuando se monitorean numerosas
mquinas diferentes y sus componentes, o al realizar un anlisis de equipo
problemtico. Adems, la posibilidad de incrementar la velocidad de algunos
14
colectores de informacin permite medir simultneamente dos diferentes
parmetros (velocidad y aceleracin) con solo presionar el botn de guardar.
El colector de datos fue diseado para el acopio de informacin
proveniente de numerosos componentes de maquinaria en una sola vuelta.
Adems, es porttil y tiene la capacidad de guardar informacin para su
anlisis posterior al regresar a la oficina. En general, el software elaborado
para funcionar con el colector de datos se instala en una computadora
personal, a la que se puede cargar una ruta o la que recibe datos
provenientes del colector de datos para el anlisis del estado de la
maquinaria. Adems, el colector de datos puede emplearse en el campo
como analizador debido a sus capacidades grficas, de FFT y de tiempo real.
De igual manera, a casi todos los colectores de datos actuales se les
puede ajustar un fototacmetro o una lmpara estroboscpica para medir la
fase en diferentes puntos.
El rango de frecuencia del colector de datos promedio esta limitado por lo
general a unos 60 cpm en el extremo inferior y a unos 1,500,000 cpm en el
extremo superior, lo que puede suponer anlisis o problemas de acopio de
datos. Sin embargo, en la actualidad hay ciertos colectores de datos que
permiten hacer mediciones muy bajas unos 6cpm o muy altas 1,800,000
cpm.
15
1.1.12.- Transductores
El transductor de vibraciones es un aparato que produce una seal
elctrica que es una rplica o anlogo del movimiento vibratorio al cual est
sujeto. Un buen transductor no debe agregar falsos componentes a la seal,
y debera producir seales uniformes en todo el rango de frecuencias que
nos interesa Los tipos diferentes de transductores responden a parmetros
diferentes de la fuente de vibracin. , como se puede apreciar en la tabla
siguiente (tabla 2).
Nombre:
Sensible a
Sensor de Proximidad
Desplazamiento
Sensor de Velocidad
Velocidad
Acelermetro
Aceleracin
El Sensor de proximidad, tambin llamado "Sensor de Corriente de
Remolino", o "Transductor de Desplazamiento" es una unidad de montaje
permanente, y necesita un amplificador que condiciona la seal para generar
un voltaje de salida, proporcional a la distancia entre el transductor y la
extremidad de la flecha. Su operacin est basada en un principio
magntico. y por eso, es sensible a las anomalas magnticas en la flecha.
Se debe tener cuidado para evitar que la flecha sea magnetizada y que de
esta manera, la seal de salida sea contaminada. Es importante saber que el
transductor mide el desplazamiento relativo entre el rodamiento y el gorrn. ,
y no mide el nivel de vibracin total de la flecha o del carter. El transductor de
desplazamiento est por lo general instalado en grandes mquinas con
rodamientos con gorrones , donde se usa para detectar fallas en los
rodamientos y para apagar la mquina antes que ocurra una falla
catastrfica.
16
Esos transductores se usan mucho en pares, separados por una
diferencia de orientacin de 90 grados. Se pueden conectar a los platos
horizontales y verticales de un osciloscopio para sealar la rbita o la ruta del
gorrn, cuando est dando vueltas en el rodamiento.
La frecuencia de respuesta del transductor de desplazamiento va desde
DC (0 Hz) hasta alrededor de 1 000 Hz.
El sensor de velocidad est hecho con una bobina mvil fuera de un
imn estacionario. El principio de operacin es el mismo. Un otro tipo de
transductor de velocidad consiste en un acelermetro con un integrador
electrnico incluido. Esta unidad se llama un Velmetro y es en todos los
aspectos superiores al sensor de velocidad ssmico clsico.
El sensor de velocidad fue uno de los primeros transductores de vibracin,
que fueron construidos. Consiste de una bobina de alambre y de un imn
colocado de tal manera que si se mueve el carter, el imn tiende a
permanecer inmvil debido a su inercia. El movimiento relativo entre el
campo magntico y la bobina induce una corriente proporcional a la
velocidad del movimiento. De esta manera, la unidad produce una seal
directamente proporcional a la velocidad de la vibracin. Es autogenerador y
no necesita de aditamentos electrnicos acondicionadores para funcionar.
Tiene una impedancia de salida elctrica relativamente baja que lo hace
relativamente insensible a la induccin del ruido.
Aun tomando en cuenta estas ventajas, el transductor de velocidad tiene
muchas desventajas, que lo vuelven casi obsoleto para instalaciones nuevas,
aunque hoy en da todava se usan varios miles. Es relativamente pesado y
complejo y por eso es caro, y su respuesta de frecuencia que va de 10 Hz a
1000 Hz es baja. El resorte y el imn forman un sistema resonante de baja
frecuencia, con una frecuencia natural de 10 Hz. La resonancia tiene que ser
17
altamente amortiguada, para evitar un pico importante en la respuesta a esta
frecuencia. El problema es que la amortiguacin en cualquier diseo prctico
es sensible a la temperatura, y eso provoca que la respuesta de frecuencia y
la respuesta de fase dependan de la temperatura.
El acelermetro de tipo de compresin como se muestra en el diagrama
fue el primer tipo a ser desarrollado. Por lo general se prefiere el
acelermetro del tipo de cizallamiento, configurado de tal manera que el
elemento activo esta sujeto a fuerzas de cizallamiento.
Tambin hay otros tipos de diseos para acelermetros. Se puede
considerar al acelermetro piezo elctrico como el transductor estndar para
medicin de vibracin en mquinas. Se produce en varias configuraciones,
pero la ilustracin del tipo a compresin sirve para describir el principio de la
operacin. La masa ssmica est sujetada a la base con un perno axial, que
se apoya en un resorte circular. El elemento piezo elctrico est ajustado
entre la base y la masa.
Cuando una materia est sujeta a una fuerza, se genera una carga
elctrica entre sus superficies. Hay muchas materias de este tipo. Cuartzo se
usa ms. Tambin hay materias piezo elctricos sintticos que funcionan
bien y en algunos casos son capaces de funcionar a temperaturas ms altas
que el cuartzo lo puede hacer. Si se incrementa la temperatura de un
material piezo elctrico, se va llegar al llamado "punto curie" o " temperatura
curie" y se pierde la propiedad piezo elctrica. Una vez que esto pasa, el
transductor est defectuoso y no se puede reparar. Cuando se mueve el
acelermetro en la direccin arriba abajo, la fuerza que se requiere para
mover la masa ssmica esta soportada por el elemento activo. Segn la
segunda ley de Newton, esa fuerza es proporcional a la aceleracin de la
masa. La fuerza sobre el cristal produce la seal de salida, que por
consecuente es proporcional a la aceleracin del transductor. Los
18
acelermetros son lineales en el sentido de la amplitud, lo que quiere decir
que tienen un rango dinmico muy largo.
19
Universidad Veracruzana
Facultad de Ingeniera Mecnica Elctrica
Transductores
Tesis Profesional Wilbert Garca Gonzlez
2011 Coatzacoalcos, Ver. Figura # 5
Sensor de proximidad
Sensor de velocidad Acelermetro
Figure 5: Transductores
20
1.2.- Anlisis de la vibracin
El anlisis de la vibracin es un procedimiento en dos etapas que involucra la
adquisicin y la interpretacin de los datos relacionados con la vibracin de
la maquinaria. Su finalidad es determinar las condiciones mecnicas de una
mquina, y sealar con precisin los eventuales defectos especficos,
mecnicos o funcionales.
1.2.1.- Adquisicin de datos
La adquisicin de datos es el primer paso esencial para el anlisis de las
vibraciones, puesto que los datos para ser adecuados deben ser obtenidos
en las condiciones justas para la correcta interpretacin de las condiciones
de una maquina. Por ejemplo, para determinar las condiciones de un motor
elctrico de 1750 rpm se debern obtener datos de la velocidad de la
vibracin; en cambio si la mquina es una caja de engranes de alta
velocidad, que est funcionando a 6000 rpm, para evaluar las condiciones
ser importante obtener datos relativos a la aceleracin, adems de la
velocidad de vibracin.
La adquisicin de datos requiere que se lleven a cabo los siguientes pasos:
1.- Determinacin de las caractersticas de diseo y funcionamiento de la
mquina: velocidad de rotacin, tipo de rodamiento, tipos de engranajes, etc.;
su historial de mantenimiento (problemas registrados); y sus condiciones
fsicas segn se observen (cimentacin poco firme, ruidos, etc.). Adems, las
condiciones operativas, la temperatura, cargas, velocidad de funcionamiento,
etc.
2.- Determinacin de la finalidad de la medicin: una verificacin peridica
rpida de las condiciones de la mquina, identificacin y eliminacin de un
21
problema del cual se sospecha la existencia, adquisicin de datos para
establecer la lnea base, etc.
3.- Seleccin del parmetro o parmetros de medicin: desplazamiento,
velocidad, aceleracin, demodulacin y fase.
4.- Determinacin de la posicin y sentido de medicin para los
transductores.
5.- Seleccin de los instrumentos de medicin: medidores de vibracin,
analizadores, etc.
6.- Seleccin de los transductores para la medicin: captadores de velocidad,
acelermetros, captadores de proximidad.
7.- Determinacin del tipo especifico de datos requeridos: totales (banda
ancha), amplitud vs frecuencia, amplitud vs tiempo, demodulacin y fase.
8.- Toma de mediciones: hay que determinar el orden ms eficiente para la
toma de mediciones, vigilar la aparicin de resultados inesperados, estar
preparado para tomar mediciones adicionales, revisar los datos obtenidos
para asegurar su validez.
La medicin de la vibracin se efecta generalmente en los rodamientos de
una mquina. Los transductores debern ser colocados lo ms cerca posible
de los cojinetes de la mquina porque a travs de ellos se transmiten las
fuerzas vibratorias. Los movimientos de los cojinetes son el resultado de las
fuerzas de reaccin que actan en la mquina.
22
Existen tres importantes sentidos para las mediciones: horizontal, vertical,
axial. Los sentidos horizontal y vertical a menudo son llamados direcciones
radiales.
23
1.2.2.- Interpretacin de los datos
1.2.2.1.- Nivel de vibracin
Para saber que cantidad de vibracin se considera excesiva existen grficos de severidad. La figura es un ejemplo de lo que puede ser utilizado
como gua general para determinar la condicin de una maquina. En este
grafico (Carta de RATHBONE), el eje horizontal esta calibrado en trminos
de frecuencia de la vibracin, y el eje vertical en trminos de desplazamiento.
La zona entre las lneas diagonales representa varios niveles de severidad,
desde EXTREMADAMENTE SUAVE hasta MUY RUDO.
Si se mide una amplitud de desplazamiento de 0.3 mils de pulgada, cresta
a cresta, a una frecuencia de 3600 cpm, en el punto de cruce de estos dos
valores en el grafico se observar que la maquina esta funcionando en la
la vibracin de una maquina depende de la amplitud del desplazamiento y
de la frecuencia de la vibracin. Al aumentar la frecuencia de la vibracin, se
reduce la amplitud del desplazamiento para una condicin dada.
El mismo grafico es de uso mucho ms sencillo considerando la velocidad
de la vibracin. Tmese nota que en cada una de las lneas que dividen el
rea de severidad esta identificada con una cifra que indica la velocidad de la
vibracin.(Figura.6).
24
Figure 6: Carta de Rathbone
25
Especificaciones De Bandas De Alarmas Espectral Para Diversos Tipos De Maquinas De Velocidad De Operacin.
Si bien es cierto la Figura 6, permiti pro muchos aos evaluar la
severidad del desplazamiento y la velocidad, sin embargo es conveniente
evaluar un espectro FFT de acuerdo a diversas bandas frecuenciales, donde
se puede distinguir defectos estructurales (desbalance, desalineamiento,
soltura, etc) y defecto en rodamiento.
Con el propsito de efectuar esa evaluacin mas exhaustiva, el TA
desarroll la especificacin de Alarmas de Bandas Espectrales, basadas en
lo indicado en las Tablas III y IV.
TABLA III CRITERIOS DE SEVERIDAD EN VALORES TOTALES (pulg/seg 0
Pico) TECHNICAL ASSOCIATES OF CHARLOTTE, P.C.
1. Asumiendo velocidades de maquina = 600 a 60,000 RPM (10 1000 Hz)
2. Asumiendo mediciones con acelermetro instalado lo mas cercano al
cojinete.
3. Asumiendo que la maquina no esta montada en aisladores de vibracin
(para maquinas aisladas: Ajustar alarma un 30% - 50% ms alto.
4. Considerar de alarmas de motor es igual que el tipo particular de
mquina conducida (salvo que se indique algo diferente).
5. Considerar las configuraciones de alarmas en las posiciones de los
engranes externos individuales un 25% mayor que para un tipo de maquina
particular
TABLA I II
CRITERIOS DE SEVERIDAD EN VALORES TOTALES (pulg/seg 0 Pico)
TECHNICAL ASSOCIATES OF CHARLOTTE, P.C.
26
TIPO DE MQUINA BUENA REGULAR ALAR. 1 ALAR. 2
TRANSMISIONES DE TORRE DE ENFTO.
Flecha larga y hueca 0-.375 .375-.600 .600 .900
Acoplamiento por bandas 0-.275 .275-.425 .425 .650
Acopladas directamente 0-.200 .200-.300 .300 .450
COMPRESORAS
De movimiento alternativo 0-.325 .325-.500 .500 .750
Tipo tornillo 0-.275 .275-.425 .425 .650
Centrifuga con o sin caja de velocidades externa. 0-.200 .200-.300 .300 .450
Centrifuga-engranaje integral (axiales) 0-.200 .200-.300 .300 .450
Centrifuga-engranaje integral (radiales) 0-.150 .150-.250 .250 .375
SOPLADORES (VENTILADORES)
Giratorios tipo lbulo 0-.300 .300-.450 .450 .675
Accionados por bandas 0-.275 .275-.425 .425 .650
Ventiladores grales de transmisin directa (con acoplamiento)
0-.250 .250-.375 .375 .550
Ventiladores de aire primario 0-.250 .250-.375 .375 .550
Ventiladores de tiro forzado, grandes 0-.200 .200-.300 .300 .450
Ventiladores de tiro inducido, grandes 0-.175 .175-.275 .275 .400
Ventilador integral montado en eje (eje extendido de motor) 0-.175 .175-.275 .275 .400
Ventilador axial con aletas gua 0-.150 .150-.250 .150 .375
JUEGOS DE MOTOR/ GENERADOR
Impulsados por banda 0-.275 .275-.425 .425 .675
De acoplamiento directo 0-.200 .200-.300 .300 .450
ENFRIADORES
De movimiento alternativo 0-.250 .250-.400 .400 .600
Centrifugo (al aire libre): Separacin de compresor y motor 0-.200 .200-.300 .300 .450
Centrifugo (hermtico): Con motor y rueda motriz internos 0-.150 .150-.225 .225 .300
TURBOGENERADORES GRANDES
Turbogeneradores de 3,600 rpm 0-.175 .175-.275 .275 .400
Turbogeneradores de 1,800 rpm 0-.150 .150-.225 .225 .350
BOMBAS CENTRIFUGAS
- 0-.375 .375-.600 .600 .900
- 0-.325 .325-.500 .500 .750
- 0-.250 .250-.400 .400 .600
- 0-.200 .200-.300 .300 .450
Bomba horizontal de uso gral. y acoplamiento directo 0-.200 .200-.300 .300 .450
Bombas de alimentacin para calderas 0-.200 .200-.300 .300 .450
Bombas hidrulicas 0-.125 .125-.200 .200 .300
MQUINAS-HERRAMIENTA
Motor 0-.100 .100-.175 .175 .250
Entrada de la caja de velocidades 0-.150 .150-.175 .225 .350
Salida de la caja de velocidades 0-.100 .100-.175 .175 .250
Husillos: a. Operaciones de desbastamiento 0-.075 .075-.125 .125 .175
b. Acabado 0-.050 .050-.075 .175 .115
c. Mquinado critico 0-.030 .030-.050 .050 .075
TABLA IV.- ESPECIFICACION DE BANDAS DE ALARMA DE ESPECTRO RECOMENDADA PARA VARIOS TIPOS DE MAQUINA (BANDAS DE ESPECTRO DE VELOCIDAD PICO PARA MEDICIONES EN ALOJAMIENTOS DE MAQUINAS NO AISLADAS QUE FUNCIONAN A MAS DE 600 RPM)
22
CASO
ELEMENTO BANDA 1 BANDA 2 BANDA 3 BANDA 4 BANDA 5 BANDA 6
A Maquinas con cojinetes de elementos rodantes en gral sin aspas- Fijar Fmax=40 x rpm (Pero, si la velocidad< 1,700 rpm o si el cojinete es de rodamiento esfrico o cnico, ver notas del caso A).
Frec. Menor de banda
1% Fmax 1.2 X rpm 2.2 X rpm 3.2 X rpm 12.2 X rpm 50% Fmax
Frec. Mayor de banda
1.2 X rpm 2.2 X rpm 3.2 X rpm 12.2 X rpm 50% Fmax 100% Fmax
Alarma de banda 90% alarma ttl 40% alarma ttl 30% alarma ttl 25% alarma ttl 20% alarma ttl 15% alarma ttl
NTE .105 pulg/seg NE .080 pulg/seg NE .070 pulg/seg
Descripcin de la cobertura de banda
(subsincrona hasta 1 X rpm) (1 X rpm- 1.5 X rpm) (2.5 X rpm- 3.0 X rpm) (Frec. bsica por defecto de cojinete)
(Frecs. De armnicas de cojinete mas bajas)
(Frecs. De armnicas de cojinete mas altas y frecs. Naturales de cojinete)
Notas :
1. Obtener la velocidad de alarma total de la tabla anterior. Adems, Fmax = Frecuencia mxima para el espectro (en cpm o Hz). Si el cojinete es con rodamientos esfricos o cnicos, tomar Fmax = 50 X rpm
2. Si la velocidad = 1,400-1,700 rpm fijar Fmax = 50 X rpm; si es a 1,100-1,399 rpm, fijar Fmax = 60 X rpm; si es a 800-1,099 rpm, fijar Fmax = 80 X rpm; si es a 600-799 rpm, fijar Fmax = 100 X rpm (Para detectar frecuencias naturales de cojinetes).
B Maquinas con chumaceras en gral sin aspas- Fijar Fmax=20 x rpm
Frec. Menor de banda
1% Fmax 0.8 X rpm 1.8 X rpm 2.8 X rpm 3.8 X rpm 10.2 X rpm
Frec. Mayor de banda
0.8 X rpm 1.8 X rpm 2.8 X rpm 3.8 X rpm 10.2 X rpm 100% Fmax
Alarma de banda 20% NE .085 pulg/seg 90% alarma ttl 40% alarma ttl 30% alarma ttl 25% alarma ttl 20% alarma ttl
Descripcin de la cobertura de banda
(Banda subsincrona) (1 X rpm- 1.5 X rpm) (2.0 X rpm- 2.5 X rpm) (3.0 X rpm- 3.5 X rpm) (4.0 X rpm- 10.0 X rpm) (10.5 X rpm- Fmax)
C Puntos de alta frecuencia en cajas de engranajes conociendo el numero de dientes- Fijar Fmax=3.25 x. Frec. del paso del engranaje (GMF). (No obstante ver nota del caso C, abajo).
Frec. Menor de banda
0.25 X GMF 0.75 X GMF 1.25 X GMF 1.75 X GMF 2.25 X GMF 2.75 X GMF
Frec. Mayor de banda
0.75 X GMF 1.25 X GMF 1.75 X GMF 2.25 X GMF 2.75 X GMF 100% Fmax
Alarma de banda 25% alarma ttl 70% alarma ttl 25% alarma ttl 25% alarma ttl 25% alarma ttl 40% alarma ttl
Descripcin de la cobertura de banda
(subsincrona hasta 1 X rpm) (1 X rpm- 1.5 X rpm) (2.5 X rpm- 3.0 X rpm) (Frec. bsica por defecto de cojinete)
(Frecs. De armnicas de cojinete mas bajas)
(Frecs. De armnicas de cojinete mas altas y frecs. Naturales de cojinete)
Nota :
En las cajas de engranes especificar si estos puntos de frecuencia alta corresponden hasta 3.25 x GMF, al igual que los puntos con alcances de frec. normal (como en los casos A o B, de arriba) sobre estas mismas mediciones. Fijar Fmax = 3.25 x GMF y localizar los puntos prximos a los sitios de engranaje de cada serie de engranajes, utilizando la frec. de engranaje especifica en ese punto en particular. No obstante, recurdese que las amplitudes a frecuencias altas que se aproximan o que exceden la frec. natural de montaje del acelermetro pueden resultar discutibles (como montaje de perno, de imn o de sonda de transductor). En muchos casos, el transductor puede requerir montaje adhesivo o de pernos, y mediciones de aceleracin debida a Fmax alta. Usar lneas de TFR de 1,600-3,200.
TABLA IV.- ESPECIFICACION DE BANDAS DE ALARMA DE ESPECTRO RECOMENDADA PARA VARIOS TIPOS DE MAQUINA (BANDAS DE ESPECTRO DE VELOCIDAD PICO PARA MEDICIONES EN ALOJAMIENTOS DE MAQUINAS NO AISLADAS QUE FUNCIONAN A MAS DE 600 RPM)
23
CASO
ELEMENTO BANDA 1 BANDA 2 BANDA 3 BANDA 4 BANDA 5 BANDA 6
D Puntos de alta frecuencia en cajas de velocidades con numero de dientes desconocido- Fijar Fmax=200 x rpm de flecha en ese sitio en particular ( Ver, sin embargo, notas para el caso D)
Frec. Menor de banda
20 X rpm 50 X rpm 80 X rpm 110 X rpm 140 X rpm 170 X rpm
Frec. Mayor de banda
50 X rpm 80 X rpm 110 X rpm 140 X rpm 170 X rpm 100% Fmax
Alarma de banda 60% alarma ttl 60% alarma ttl 50% alarma ttl 50% alarma ttl 40% alarma ttl 40% alarma ttl
Descripcin de la cobertura de banda
(20 X rpm- 50 X rpm) (50 X rpm- 80 X rpm) (80 X rpm- 110 X rpm) (110 X rpm- 140 X rpm) (140 X rpm- 170 X rpm) (170 X rpm- Fmax)
Nota :
1. Rpm = velocidad de flecha en el punto de medicin particular para el cual se estn especificando bandas espectrales. si solo se conocen las velocidades de las cajas de velocidades de entrada y salida en una caja de velocidades de etapas mltiples, asmase un incremento de velocidad igual en cada engranaje ( por ejemplo, para una proporcin de 16:1, en caja de velocidades de reduccin doble, asmase aprox. Una proporcin de velocidad de 4.0 en cada uno de los puntos de engranaje como punto de partida; despus deprese cuando se conozcan las velocidades reales). Nuevamente, especifquense los puntos de medicin tanto de la frecuencia alta como de la frecuencia estndar como en el caso C. Tomar en cuenta las observaciones sobre la frecuencia natural de montaje del transductor hechas en la nota del caso C, arriba. En muchos casos, el transductor puede requerir montaje adhesivo o con pernos, y mediciones de aceleracin debidas a Fmax alta. Usar lneas de TFR de 3,200 para detectar bandas laterales 1x.
2. Una ves que se conoce el # de dientes de engranaje, sustituir estas bandas de alarma de espectro de inmediato con el plan mostrado en el caso C, arriba.
E Puntos de frecuencia de paso de barras de rotor en motor elctrico ( Tomando en la horizontal del cojinete ext. del motor)- Fijar Fmax=360,000 cpm ( Ver notas del caso E)
Frec. Menor de banda
30,000 cpm 85,000 cpm 140,000 cpm 195,000 cpm 250,000 cpm 305,000 cpm
Frec. Mayor de banda
85,000 cpm 140,000 cpm 195,000 cpm 250,000 cpm 305,000 cpm 360,000 cpm
Alarma de banda .060 pulg/seg .060 pulg/seg .050 pulg/seg .045 pulg/seg .040 pulg/seg .035 pulg/seg
Descripcin de la cobertura de banda
(30K-85K) (85K- 140k) (140K- 195k) (195K- 250k) (250K- 305k) (305K- 360k)
Notas:
1. El propsito de este punto en cada motor es detectar posibles frecuencias de paso de barras de rotor de 1X y 2X, que pueden estar acompaadas por bandas laterales de frec. de lnea 2X ( en gral. A 7,200 cpm).
2. El caso E se aplica a motores cuyas velocidades fluctan desde la nominal de 900 hasta 3,600 rpm
3. Hay que asegurarse de que el transductor este correctamente montado en la carcasa del motor debido a la Fmax muy alta. En gral., se debe tomar en direccin horizontal sobre la carcasa exterior del cojinete del motor.
4. Se deben usar lneas de TFR de 1,600 y 8 promedios para identificar claramente las posibles frecuencias de paso de barra de rotor y las bandas laterales de frec. de lnea 2X.
F Puntos de medicin electromotriz de 12,000 cpm en la horizontal del cojinete interior del motor- Fijar Fmax=12,000 cpm (Para motores nominales de 600-3,600 rpm)
Frec. Menor de banda
240 cpm 2,000 cpm 4,000 cpm 6,000 cpm 8,000 cpm 10,000 cpm
Frec. Mayor de banda
2,000 cpm 4,000 cpm 6,000 cpm 8,000 cpm 10,000 cpm 12,000 cpm
Alarma de banda
Velocidad a 90% alarma ttl 40% alarma ttl 40% alarma ttl 35% alarma ttl 30% alarma ttl 25% alarma ttl
Velocidad b 30% alarma ttl 90% alarma ttl
Descripcin de la cobertura de banda
Velocidad a = 600-2,000 rpm Velocidad a = 2,000-4,000 rpm
(Incluye frec. 2X FL y armnicas de velocidad de funcionamiento
Notas:
1. El propsito de este punto es tratar de separar las crestas de vibracin mecnicas y elctricas, en especial alrededor de 1x rpm y de FL 2x. Medir en direccin horizontal.
2. Deben utilizarse lneas de TFR de 3,200 y 2 promedios para separar claramente las frecuencias elctricas y mecnicas, y para detectar bandas laterales de Frec. de paso de polos (FP= Frecuencia de deslizamiento x # de Polos).
TABLA IV.- ESPECIFICACION DE BANDAS DE ALARMA DE ESPECTRO RECOMENDADA PARA VARIOS TIPOS DE MAQUINA (BANDAS DE ESPECTRO DE VELOCIDAD PICO PARA MEDICIONES EN ALOJAMIENTOS DE MAQUINAS NO AISLADAS QUE FUNCIONAN A MAS DE 600 RPM)
24
CASO
ELEMENTO BANDA 1 BANDA 2 BANDA 3 BANDA 4 BANDA 5 BANDA 6
G Tipos de mquinas especiales
Tipo 1
Maquinas centrifugas con un numero conocido de aspas y cojinetes con elementos rodantes- Fijar Fmax = 40x rpm (Ver notas sobre rpm y tipo de cojinetes)
Frec. Menor de banda
1% Fmax 1.2 x rpm 2.2 x rpm BPF-1.2 x rpm BPF+1.2 x rpm 50% Fmax
Frec. Mayor de banda
1.2 x rpm 2.2 x rpm (BPF-1.2 x rpm) BPF+1.2 x rpm 50% Fmax 100% Fmax
Alarma de banda 90% alarma ttl 40% alarma ttl 35% alarma ttl 60% alarma ttl 35% alarma ttl 20% alarma ttl
NE .120 pulg/seg NE .240 pulg/seg NE .120 pulg/seg NE .070 pulg/seg
Descripcin de la cobertura de banda
(subsncrona hasta 1x rpm) (1.5 x-2.0 x rpm) (2.5 x-Frec. bsicas por defecto de cojinete)
(BPF bandas laterales 1x rpm)
(Frecs. Armnicas de cojinete ms bajas y
armnicas BPF)
(Frecs. Armnicas de cojinete mas altas y frecs. naturales de cojinete)
Notas:
1. BPF = Frecuencia de paso de aspas (por sus siglas en ingles) = Num. de aspas x rpm. Si es un cojinete Timken de rodamientos cnicos (o uno equivalente) o esfricos, tomar Fmax= 50x rpm, a menos que la velocidad < 1,400 rpm (Ver siguiente nota).
2. Si la velocidad = 1,400-1,700 rpm, fijar Fmax = 50x rpm; si es de = 1,100-1,399 rpm, fijar Fmax = 60x rpm; si es de = 800-1,099 rpm, fijar Fmax = 80x rpm; si es de = 600-799 rpm, fijar Fmax = 100x rpm (Para detectar frecuencias naturales de cojinete).
Tipo 2
Maquinas centrifugas con un numero desconocido de aspas y cojinetes con elementos rodantes- Fijar Fmax = 40x rpm (Ver notas sobre rpm y tipo de cojinetes)
Frec. Menor de banda
1% Fmax 1.2 x rpm 2.2 x rpm 3.2 x rpm 6.8 x rpm 50% Fmax
Frec. Mayor de banda
1.2 x rpm 2.2 x rpm 3.2 x rpm 6.8 x rpm 50% Fmax 100% Fmax
Alarma de banda 90% alarma ttl 40% alarma ttl 30% alarma ttl 60% alarma ttl 35% alarma ttl 20% alarma ttl
NE .185 pulg/seg NE .120 pulg/seg NE .070 pulg/seg
Descripcin de la cobertura de banda
(subsincrona hasta 1x rpm) (1.5 x-2.0 x rpm) (2.5 x-3.0x rpm) (Posibles BPF en bombas y ventiladores)
(Frecs. Armnicas de cojinete ms bajas y
armnicas BPF)
(Frecs. Armnicas de cojinete mas altas y frecs. naturales de cojinete)
Notas:
1. Una ves que se conoce el # de aspas, sustituir estas bandas de alarma de espectro con el apartado Tipo 1, arriba. Si es un cojinete de rodamientos cnicos o esfrico, fijar Fmax = 50x rpm, a menos que la velocidad sea < 1,400 rpm (Ver siguiente nota).
2. Si la velocidad = 1,400-1,700 rpm, fijar Fmax=50x rpm; si es de = 1,100-1,399 rpm, fijar Fmax = 60x rpm; si es de = 800-1,099 rpm, fijar Fmax = 80x rpm; si es de = 600-799 rpm, fijar Fmax = 100x rpm (Para detectar frecuencias naturales de cojinete).
Tipo 3
Maquinas centrifugas equipadas con un numero indeterminado de aspas y cojinetes de manguito- Fijar Fmax = 20x rpm 1.2x BPF, la que sea mayor
Frec. Menor de banda
1% Fmax 0.8 x rpm 1.8 x rpm 3.8 x rpm (BPF-1.2x rpm) (BPF+1.2x rpm)
Frec. Mayor de banda
0.8 x rpm 1.8 x rpm 3.8 x rpm (BPF-1.2x rpm) (BPF+1.2x rpm) 100% Fmax
Alarma de banda 20% alarma ttl 90% alarma ttl 40% alarma ttl 30% alarma ttl 70% alarma ttl 35% alarma ttl
NE .085 pulg/seg NE .240 pulg/seg NE .120 pulg/seg
Descripcin de la cobertura de banda
(banda subsincrona) (1.0 x-1.5 x rpm) (2.5 x-3.5x rpm) (4x-Armonicas de rpm mas bajas)
(BPF Bandas laterales 1x)
(Armnicas rpm y armnicas BPF mas altas)
Nota:
1. BPF = Frecuencia de paso de aspas (por sus siglas en ingles) = # de aspas o aletas x rpm
Tipo 4
Maquinas centrifugas equipadas con un numero indeterminado de aspas (o aletas) y cojinetes de manguito- Fijar Fmax = 20x rpm 1.2x BPF, la que sea mayor
Frec. Menor de banda
1% Fmax 0.8 x rpm 1.8 x rpm 3.8 x rpm 7.8 x rpm 9.8 x rpm
Frec. Mayor de banda
0.8 x rpm 1.8 x rpm 3.8 x rpm 7.8 x rpm 9.8 x rpm 100% Fmax
Alarma de banda 20% alarma ttl 90% alarma ttl 40% alarma ttl 70% alarma ttl 25% alarma ttl 35% alarma ttl
NE .085 pulg/seg NE .240 pulg/seg NE .120 pulg/seg
Descripcin de la cobertura de banda
(banda subsincrona) (1.0 x-1.5 x rpm) (2.5 x-3.5x rpm) (4x-7.5x rpm) (8x-9.5x rpm) (10x rpm-Fmax)
25
1.2.2.2.- Herramientas de anlisis
1.- Amplitud vs Frecuencia (espectro)
2.- Amplitud vs Frecuencia vs Tiempo (diagrama de cascada)
3.- Amplitud y Fase vs RPM (diagrama de Bod)
4.- Amplitud vs Fase (diagramas polares o de Nyquist)
5.- Time Waveform (proyeccin en el tiempo)
6.- Patrones de Lissajous (rbitas)
1.- Anlisis de amplitud vs frecuencia (espectro)
El procedimiento de obtener y desplegar las amplitudes de vibracin en el
dominio de la frecuencia, es quiz, la ms til de todas las tcnicas de
anlisis. Se estima que esta tcnica permite identificar el 85% de los
problemas de vibracin que tengan lugar en equipo rotativo. Sin embargo,
siempre es recomendable analizar el problema con alguna otra tcnica para
simplificar la interpretacin de los datos de vibracin y emitir un diagnostico
certero.
Un espectro es una representacin grfica de la vibracin en el dominio de
la frecuencia, con la amplitud de la vibracin (desplazamiento, velocidad y
aceleracin) en el eje Y y la frecuencia en el eje X (CPM o Hz). La figura 6 es
un ejemplo de un espectro.
Un espectro de vibracin (conocido tambin como FFT- Transformacin
Rpida de Fourier-
Gs) en oposicin a la frecuencia (cpm o Hz, como se ilustra en la figura 15).
En un anlisis dentro del dominio del tiempo, donde el eje X es el tiempo
(seg. o min.), y l Y, una medida de amplitud de vibracin (desplazamiento,
velocidad o aceleracin) se muestra de manera precisa el movimiento real de
una mquina; sin embargo este anlisis puede ser muy exhaustivo y molesto
26
cuando se tiene que determinar la frecuencia. Para calcular el periodo de
vibracin (seg./ciclo), es necesario determinar el lapso que transcurre de una
cresta de inters a otra similar. Este ciclo o periodo de tiempo (T) debe
invertirse para obtener la frecuencia (F) y convertirlo despus en las
unidades de frecuencia correspondientes (cpm, cps, Hertz).
Los instrumentos para vibraciones simplifican este proceso, pues son
capaces de desarrollar una Transformacin Rpida de Fourier, la que se
conoce mas como FFT. Una FFT es la transformacin realizada mediante
computadora (microprocesador) de los datos del dominio del tiempo (la
amplitud con relacin al tiempo) en datos de dominio de frecuencia (la
amplitud con relacin a la frecuencia).
La vista del dominio de frecuencia de la forma de onda de tiempo muestra
de manera grfica cada onda sinusoidal simple como una lnea vertical con
amplitud (determinada por su altura) y frecuencia (determinada por su
posicin a lo largo del eje de frecuencia). Esta representacin del dominio de
frecuencia se conoce como espectro. En ocasiones al espectro se le alude
los espectros son herramientas muy valiosas, pues sin ellos tendra que
darse a la ardua tarea de detectar y separar las formas de onda de tiempo en
elementos de frecuencia moderados para analizarlos.
27
Espectros tomados del software Ascent 2010 (http://commtest.com/)
Figure 7: Espectro amplitud vs frecuencia
28
2.-Anlisis de amplitud vs frecuencia vs tiempo (anlisis en cascada)
El anlisis de amplitud vs frecuencia (espectro) resulta extremadamente
til para identificar la mayora de los problemas en maquinaria, sin embargo,
una grfica de ese tipo puede mostrar nicamente las caractersticas de la
vibracin para un solo instante de tiempo con la mquina operando a una
velocidad especifica de carga y bajo condiciones de carga especificas.
Existen muchos casos en que es muy til observar y grabar los datos de
amplitud vs frecuencia vs tiempo repetida y rpidamente. Por ejemplo,
durante el arranque de una mquina, puede ser muy importante conocer
cuando se presentan las condiciones de resonancia o cuando se excitan las
velocidades crticas debido a las frecuencias generadas por los componentes
de la mquina. O bien, podra ser necesario evaluar las caractersticas de
amplitud y frecuencia de vida durante la transicin en la carga, temperatura u
otras variables de operacin.
La capacidad de alta velocidad de un analizador de espectro en tiempo
real es idealmente adecuada para estos requerimientos en el anlisis de
amplitud vs frecuencia vs tiempo, la figura 8 a ilustra el diagrama de cascada
tpico de la inestabilidad de chicoteo de aceite y la condicin de resonancia
(velocidad crtica) excitada por el desbalance inherente del rotor. Este tipo de
grficas son ideales para evaluar los efectos debidos a cambios de carga u
otro cambio en las condiciones de operacin de la mquina que causen la
aparicin de frecuencias de vibracin adicionales, o bien, para detectar la
desaparicin de frecuencias que ya existan.
29
Espectros tomados del software Ascent 2010 (http://commtest.com/)
Figure 8: Anlisis de cascada
Figura 8a.- Diagrama de cascada tpico de chicoteo de aceite
30
3.- Amplitud y fase vs rpm (diagramas de Bod)
Debido a que cada objeto incluyendo las mquinas y sus soportes, tienen
frecuencias de resonancia particulares, donde una amplitud de vibracin muy
alta puede resultar de una fuerza de excitacin relativamente pequea y
debido a que las mquinas generalmente son sistemas complejos y
consisten de muchos sistemas masa-resorte con varias frecuencias
naturales, la resonancia es un problema comn.
Muchos problemas acerca de la respuesta de las mquinas debidas a las
fuerzas que causan la vibracin se pueden entender a partir de un diagrama
de la Amplitud y Fase como una funcin de las rpm. La figura 9 ilustra un
diagrama tpico de Amplitud y Fase vs rpm obtenido para el arranque o paro
de un motor elctrico, a tales grficas se les conoce como diagramas de
Bod, en la figura 9 la frecuencia de resonancia se identifica claramente por
su amplitud pico caracterstica y su correspondiente inversin de fase de
180
Por supuesto, si en la velocidad de operacin normal de la mquina se
presentara alguna fuerza excitadora que correspondiera a alguna de estas
frecuencias; debido al desbalance inherente, desalineamiento, fuerzas
aerodinmicas e hidrulicas, solturas mecnicas, chicoteo de aceite, etc.,
entonces se presentara una probable e indeseable vibracin destructiva. Por
esta razn, es de mucha ayuda conocer lo siguiente:
Que frecuencias de excitacin son inherentes a la mquina en la
velocidad de operacin. Las cuales pueden ser identificadas por el
empleo de diagramas de Bod.
Cuales son las frecuencias de resonancia o naturales de la mquina o
estructura. Como se ve en la figura 9 estas dos pueden ser
identificadas por un diagrama de Bod.
31
Figure 9: Diagrama de Bode
Diagrama Bode - 1X - Plot Types - Bode Plot - HorizontalVel Spec 1000 Hz "hi res."
Hz
10 15 20 25 30 35
deg
-100
-50
0
50
100
150
Hz
10 15 20 25 30 35
pulg
/s 0
-pk
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
Vel Spec 1000 Hz "hi res."
32
4.-Amplitud vs fase (diagramas de Nyquist)
Una tcnica de uso frecuente para presentar los datos obtenidos del
monitoreo de vibraciones es la grfica de amplitud vs fase, en la cual se
emplean coordenadas polares para su construccin. Estas grficas son
conocidas comnmente como diagramas de Nyquist o diagramas polares, las
grficas de la figura 10, muestran una comparacin de la grfica de amplitud
vs fase contra la grfica de amplitud y fase vs frecuencia, esta ltima se
grfica empleando coordenadas cartesianas.
La grfica de amplitud vs fase ofrece muchas ventajas comparado con los
diagramas de Bod tales como:
Provee una indicacin inmediata del vector de desbalanceo sin la
necesidad de comparar por separado las grficas de amplitud y fase
Elimina las confusiones que aparecen en los diagramas de Bod,
debidas a las discontinuidades de fase cuando esta cambia de 0 a 360
grados.
Elimina las discontinuidades de fase que aparecen en los diagramas
de Bod cuando la amplitud de vibracin se reduce a un nivel muy
bajo, es decir, cuando no se presenta una seal de vibracin suficiente
para mantener una indicacin de fase.
Los diagramas de Nyquist permiten que tanto la amplitud como la fase sea
representada en una sola grfica durante un arranque o paro de la mquina.
Cuando se emplean sensores de proximidad el vector resultante de la
combinacin de la desviacin (runout) mecnica y la desviacin elctrica se
puede eliminar recalibrando el control de amplitud al origen de la grfica
polar, mientras el vector de desviacin es desplegado en la velocidad mnima
de operacin de la mquina. La figura 18 muestra una comparacin de los
diagramas de Nyquist que se obtienen con y sin recalibracin de la
desviacin de la flecha. Como se ilustra la desviacin (run-out) puede
confundirse con un vector de desbalanceo a alguna velocidad de operacin.
33
Se pueden comparar fcilmente los diagramas de Nyquist que se obtienen
de cada chumacera de una mquina en particular, (rotor elctrico) debido a
que proporcionan informacin acerca de la forma modal asociada a cada
frecuencia de resonancia. Aunque la misma informacin e interpretacin
podra obtenerse de los diagramas de Bod la comparacin es mucho ms
fcil en los diagramas de amplitud y fase (Nyquist).
No obstante estas ventajas en muchas aplicaciones los diagramas de
Nyquist tambin tienen limitaciones cuando se comparan con las grficas de
amplitud vs frecuencia. Las limitaciones son las siguientes:
Mientras los diagramas de Nyquist revelan la presencia y el significado de
las condiciones de resonancia durante el arranque o paro de la mquina,
estas grficas no muestran la velocidad de referencia, es decir, no indican las
rpm a la cual tiene lugar la resonancia. Debido a ello es necesario un
monitoreo de la velocidad de la mquina e indicar manualmente los valores
de frecuencia en la grfica.
El diagrama de Nyquist es una grfica de la vibracin de desbalanceo
(sncrono), por lo tanto restringe al anlisis de vibraciones que se presenten a
1X. Muchas condiciones de resonancia son excitadas por frecuencias de
vibracin diferentes a 1X, dado que se presentan problemas adicionales de
inestabilidad tales como el chicoteo de aceite, resonancias por orbitacin o
rozamientos, estas condiciones ocurren a frecuencias no sncronas.
Figure 10: Diagrama de Nyquist
34
5.-Anlisis de forma de onda (waveform)
Aunque la herramienta de amplitud vs frecuencia generalmente es
empleada para el anlisis de vibracin de la mayora de los problemas que
tienen lugar en turbomquinas, en algunos casos se requiere informacin
adicional para l diagnostico de algn problema en particular o el estudio del
comportamiento dinmico de una mquina bajo condiciones especificas de
operacin.
Un anlisis de amplitud vs frecuencia no siempre proporciona una
informacin completa de las caractersticas de vibracin, algunos problemas
mecnicos podran presentarse a frecuencias idnticas y tener considerables
diferencias en su comportamiento dinmico. Para ilustrar lo anterior
considrese la vibracin generada por un engrane que tiene un diente
despostillado, roto o deformado. l engrane defectuoso tendr contacto con
el otro engrane una vez por revolucin, como resultado se presentara una
frecuencia de vibracin igual a 1X generada por l engrane daado, la
anterior es la misma frecuencia que presenta el desbalance. Por lo tanto, si
nicamente se empleara un anlisis de amplitud vs frecuencia es muy
posible que l engrane defectuoso pudiera ser confundido con una condicin
de desbalance. Sin embargo, la forma de onda generada por el diente del
engrane se diferenciara considerablemente de la causada por un
desbalance. El desbalance producir una forma de onda senoidal, mientras
que el diente defectuoso al estar en contacto nicamente un breve instante
de tiempo por cada ciclo producir un pico distintivo.
Otro beneficio del empleo del anlisis de proyeccin en el tiempo consiste
en la observacin de vibraciones instantneas.
35
Espectros y forma de onda tomados del software Ascent 2010 (http://commtest.com/)
Figure 11: Waveform
Universidad Veracruzana
Facultad de Ingeniera Mecnica Elctrica
Esquema general (Rodamientos)
Tesis Profesional Wilbert Garca Gonzlez
2011 Coatzacoalcos, Ver. Figura # 11
36
6.- rbitas de Lissajous
Otra tcnica es la montadura radial de sensores de proximidad en
chumaceras, los ejes de medicin se separan 90, la seal de un sensor es
desplegada en el eje horizontal mientras que la otra seal es desplegada en
el eje vertical. La grfica mostrada representara el movimiento total de la
flecha dentro de la chumacera. Tales grficas son llamadas patrones de
Lissajous y tambin son conocidas como rbitas.
Fsicamente las rbitas representan el movimiento de un elemento de una
mquina, dentro de un plano de medicin; esto es, el movimiento real dentro
de un espacio plano.
Generalmente se refiere al movimiento del eje dentro de sus cojinetes,
cuando se tienen cojinetes de pelcula de lubricantes; eventualmente, pueden
referirse al movimiento de las tapas de los cojinetes o cajas de rodamientos.
En todos los casos, representan y describen finalmente el movimiento del
elemento en cuestin, y su interpretacin es directa; as se mueve el
elemento.
En una mquina rotativa, el movimiento del eje, o el que este transmite a
sus apoyos, debe ser razonablemente circular, con relacin entre eje mayor y
eje menor de 2:1, aun para cojinetes de geometra asimtrica, cualquier
desviacin de este patrn de comportamiento, identificara automticamente,
una condicin de trabajo anormal, y en este sentido l diagnstico de la
presencia de una falla, se convierte en algo sencillo y seguro mediante el
anlisis de rbitas.
La orbita tpica de un eje sobre rodamientos de pelcula fluida (chumaceras)
con diferentes grados de desalineamiento, se muestran en la figura 12.
37
FIGURE 12: RBITA PRODUCIDA POR DESALINEAMIENTO
Rodamiento de pelcula fluida
rbita tpica de un eje sin que este
sometido a fuerzas externas. La forma
elptica es debido a la diferente rigidez
vertical y horizontal de la mquina.
Si se aplica ahora una fuerza hacia
abajo provocada por el desalineamiento
del eje, la forma elptica se aplana, el
desalineamiento limita el movimiento
vertical del eje.
Si la fuerza proveniente del
desalineamiento incrementa, la rbita
continua aplanndose y distorsionando.
Cuando la fuerza incrementa la rbita
presenta una forma torcida
Cuando la fuerza es suficiente grande la
entonces cuando aparece en el
espectro un componente grande en 2X.
38
rbita y forma de onda tomados del software Ascent 2010 (http://commtest.com/)
Figura 13.- a) orbita filtrada a 1 revolucin 1X
Figure 13: Orbitas
Figura 13.- b) forma de onda caracterstico de la figura anterior.
Orbita - Plot Types - Orbit13/06/2006 7:45:36
mm (Horizontal)
-0,04 -0,02 0 0,02 0,04
mm
(V
ertic
al)
-0,04
-0,02
0
0,02
0,04
13/06/2006 7:45:36 650,782 RPM
Filter: 1X
Revolution: 1
39
PROBLEMA RBITA OBSERVACIONES
DESBALANCE
Si la relacin es mayor a 5/1, el problema dejara de ser desbalance, para convertirse en un probable problema de desalineamiento, resonancia, excentricidad o excesiva luz debido al desgaste del cojinete, pero recuerde que siempre hay una excepcin a la regla.
DESALINEAMIENTO
Habra una condicin de desalineamiento, si tuviramos una rbita elptica, cuya relacin de dimetros estara entre 3/1 a 8/1, siendo un valor promedio entre 5/1 a 6/1.
DESALINEAMIENTO Y
SOLTURA
Las de rbitas Lissajous por problemas de desalineamiento asociado con soltura o influenciado por juego en el extremo del eje. Ntese que la elipse est
componente a 1X RPM esta entre la mitad y 2 veces la amplitud de la componente 2X RPM
DESBALACE -
RESONANCIA
si el eje est girando por debajo de su primera velocidad crtica e incrementamos las RPM hasta superar dicha velocidad crtica, habr un cambio de fase de 180
Si no hay cambio de fase (no vara el
ROCE DEL ROTOR
Un roce es generalmente causado por el contacto del rotor con un elemento estacionario, como lo es, la superficie del cojinete, un sello, rotor/estator. Algunas causas que producen los roces son, excesivo desbalance, desalineamiento, pata floja, excesiva luz en el cojinete, deformacin trmica y otros. Los roces del rotor pueden ser del tipo parcial o total.
OIL WHIRL
Se puede observar una rbita Lissajous debido a un Oil Whirl, como se puede observar, existe la presencia de un lazo (rbita) secundaria interno, que rota ms lentamente que la rbita principal (40-48% de velocidad del eje).
Tabla V.- Significados tpicos con orbitales Lissajous:
40
1.2.2.3.- Anlisis mediante la carta de diagnstico
Uso de los Espectros Vibracionales en el Diagnstico de Mquina (Carta
de Diagnstico).
El modo de anlisis o el modo de coleccin de datos, permite que la
informacin pueda ser adquirida y utilizada. As una rpida referencia, la
cin de Diagnstico Vibracional mostrando
en la tabla I en el cual es un medio probado para ayudar en el anlisis y
diferenciacin entre los muchos problemas que se pueden presentar en la
onal cubre
17 tipos de problemas que fueron complementariamente subdivididos dentro
de 40 categoras. Bsicamente la ilustracin del cuadro, parte del siempre
problema a 1X RPM y continua con el diagnstico de problemas mas
complejos.
Adicionalmente a la
ya que es una poderosa herramienta de ayuda para diferenciar entre
diferentes tipos de problemas con espectros similares. Por ejemplo hay un
largo nmero de problemas que generan vibracin de 1X a 2X RPM. Usando
el anlisis de fases, se entiende como la mquina esta vibrando, y en cual de
las direcciones y cual fase es mas pronunciada. Finalmente, la columna de
observaciones (Remarks) proporciona y explica informacin complementaria
de los problemas de las mquinas, sntomas y diagnsticos.
A continuacin se presenta en la tabla VI, la carta ilustrada de Diagnstico
Vibracional.
TABLA VI.- LISTA ILUSTRADA DE DIAGNSTICO DE VIBRACIONES
41
FUENTE DEL PROBLEMA
ESPECTRO TPICO
RELACIN DE FASE
OBSERVACIONES
Desbalance A. Desbalance Esttico
El Desbalance Esttico estar en fase y estable. La amplitud debido al desbalance aumentara por el cuadrado de la velocidad incrementada estando por debajo de la primera crtica del rotor (un incremento de velocidad de 3X = una vibracin a 9X mayor).1XRPM siempre estar presente y por lo general domina el espectro. Puede ser corregido colocando un solo peso de correccin de balance en un plano en el Centro de Gravedad del Rotor (CG). Una diferencia de fase aproximadamente de 0 debe existir entre los Horizontales OB&IB, as como entre las Verticales OB&IB. Usualmente tambin ocurre una diferencia de fase aproximadamente de 90 entre las lecturas de fase Horizontal y Vertical en cada rodamiento del rotor desbalanceado (30).
B. Desbalance de Par de Fuerzas
Un Desbalance de Par de Fuerzas resulta en un desfase de 180 del movimiento en el mismo eje. 1XRPM siempre esta presente y normalmente domina el espectro. La amplitud varia por el cuadrado de la velocidad incrementada por debajo de la primera velocidad crtica del rotor. Puede causar una alta vibracin axial as como radial. La correccin requiere la colocacin de los pesos de balanceo en al menos 2 planos. Note que debe existir una diferencia aproximada de 180 entre las Horizontales OB&IB as como entre las Verticales OB&IB. Tambin usualmente ocurre una diferencia aproximada de 90 entre las lecturas Horizontal y vertical en cada rodamiento (30).
C. Desbalance Dinmico
El Desbalance Dinmico es el tipo de desbalance que se consigue mas comnmente y es una combinacin de Desbalanceo esttico y de par de fuerzas. 1XRPM domina el espectro y realmente necesita una correccin en 2 planos. Aqu la diferencia de fase Radial entre los rodamientos externos e internos puede estar en cualquier lugar del rango entre 0 y 180. Sin embargo, la diferencia de fase Horizontal debe de cuadrar usualmente con la diferencia de fase Vertical, cuando se comparan las mediciones de los rodamientos externos e internos (30). Si el desbalance predomina una diferencia de fase de 90 resulta entre las lecturas Horizontal y Vertical de cada rodamiento (40).
D. Desbalance de Rotor en Voladizo
El Desbalance de Rotor en Voladizo causa un alto 1XRPM en las direcciones Axial y Radial. Las lecturas Axiales tienden a estar en fase mientras que las lecturas de fase Radial pueden estar inestables. Sin embargo, las diferencias de fase Horizontal usualmente cuadran con las diferencias de fase Vertical en el rotor desbalanceado (30). Los Rotores en Voladizo tienen desbalances Estticos y de Par de Fuerzas, cada uno de los cuales requiere una correccin. As, los pesos de correccin casi siempre tendrn que ser colocados en dos planos para contrarrestar ambos desbalances, el esttico y el de par de fuerzas.
Rotor Excntrico
La excentricidad ocurre cuando el centro de rotacin esta fuera de la lnea de centro geomtrico de una polea, engranaje, rodamiento, armadura del motor, etc. La vibracin mayor ocurre a 1XRPM del componente excntrico en una direccin a travs de la lnea que une el centro de ambos rotores. Comparativamente, las lecturas de fases Horizontales y verticales usualmente difieren 0 180 (cada una de las cuales indica el movimiento en lnea recta). El intentar balancear un rotor excntrico resulta en reducir la vibracin en un direccin radial pero incrementarla en la otra (dependiendo de la cantidad de excentricidad).
Eje Doblado
Los problemas de Eje Doblado causan una alta vibracin axial con una diferencia de fase axial tendiendo a 180 en el mismo componente de la mquina. La vibracin dominante ocurre normalmente a 1X si esta doblado cerca del centro del eje, pero ocurre a 2X si esta doblado cerca del acople. (ser cuidadoso al tomar en cuenta la orientacin del transmisor para cada medicin axial si usted voltea la direccin de la probeta). Use un indicador de dial para confirmar el doblez de eje.
Desalineacin A. Desalineacin
Angular
La Desalineacin Angular se caracteriza por una alta vibracin axial, 180 fuera de fase a travs del acople tpicamente tendr una vibracin axial en 1XRPM y 2XRPM. Sin embargo no es inusual que tanto 1X, 2X 3X domine. Estos sntomas tambin pueden indicar problemas de acople. Una severa desalineacin angular puede excitar muchas armnicas de 1XRPM. A diferencia de la soltura mecnica de tipo C, estas mltiples armnicas no tienen tpicamente un incremento de ruido en el piso del espectro.
B. Desalineacin Paralela
C. Desalineacin de Rodamiento
Inclinado Sobre el Eje
La desalineacin paralela posee sntomas de vibracin similares a la angular pero muestra una alta vibracin radial que se aproxima a 180 fuera de fase a travs del acople. 2X es por lo regular mayor que 1X, pero su altura respecto a 1X es por lo general debida a el tipo de acople y construccin de este. Cuando cualquier desalineacin, Angular o Radial, se vuelve severa, puede generar tanto picos de gran amplitud a altas armnicas (4X-8X) como tambin toda una serie de armnicas de alta frecuencia, similares en apariencia a la soltura mecnica. El tipo de acople y el material influyen de gran manera a todo el espectro cuando la desalineacin es severa. No presenta por lo general un incremento de ruido en el piso. Un rodamiento inclinado genera una vibracin Axial considerable. Puede causar un movimiento torsional con un cambio de fase aproximado de 180 de arriba a abajo y/o de lado a lado cuando se mide en direccin Axial de la misma carcaza del rodamiento. Intentos de alinear el acople o balancear el rotor no aliviara el problema. Es necesario remover el cojinete e instalarlo correctamente.
RESONANCIA
La resonancia ocurre cuando una frecuencia forzada coincide con una frecuencia natural del sistema, y puede causar una amplificacin dramtica de las amplitudes, lo que puede resultar en una falla prematura o incluso catastrfica. Esta puede ser una frecuencia natural del rotor, pero a menudo puede ser originada por el bastidor, la cimentacin, caja de engranajes e incluso las correas de transmisin. Si un rotor esta o se aproxima a la resonancia puede ser prcticamente imposible balancearlo debido al enorme cambio de fase que experimenta (90 en resonancia, cerca de 180 cuando la atraviesa). A menudo requiere el cambio de la frecuencia natural a una frecuencia mayor o menor. Generalmente las frecuencias naturales no cambian con un cambio en la velocidad, lo que ayuda a su identificacin.
TABLA VI.- LISTA ILUSTRADA DE DIAGNSTICO DE VIBRACIONES
42
FUENTE DEL PROBLEMA
ESPECTRO TPICO
RELACIN DE FASE
OBSERVACIONES
Soltura mecnica
NOTESE EL LEVANTAMIENTO DEL PISO
INDICANDO SOLTURA
La soltura mecnica esta indicada para un espectro de vibracin de tipo A, B o C. Tipo A es causada por soltura/debilitamiento estructural del pie de la mquina, la placa base o cimentacin, tambin por una sedimentacin deteriorada, soltura de los pernos que sujetan a la base y distorsin del bastidor o base (Ej. Pata floja). El anlisis de fase puede revelar una diferencia de 90 a 180 entre la medicin Vertical de los pernos, pie de mquina, placa base o la base misma. Tipo B es generalmente causada por soltura de los pernos de la bancada, fisuras en
la estructura del bastidor o en el pedestal del cojinete. Tipo C es normalmente generada por un ajuste inadecuado entre las partes
Componentes, que puede causar numerosas armnicas debidas a respuestas no lineales de partes flojas a fuerzas dinmicas del rotor. Causa un truncamiento de la Onda de Tiempo y un ruido elevado en el suelo del espectro. La tipo C es causada con frecuencia por el aflojamiento de un cojinete en su caja, por un espacio excesivo en la camisa o los elementos rodantes del rodamiento, un impulsor o eje flojo, etc. La fase tipo C es con frecuencia inestable y puede variar ampliamente de un arranque al siguiente. La soltura mecnica es a menudo altamente direccional y puede causar lecturas notablemente diferentes si se comparan niveles en incrementos de 30 en direccin radial alrededor de la carcaza del rodamiento. Tambin ntese que la soltura podr causar mltiples sub-amnicas exactamente a 1/2 o 1/3XRPM (0.5X, 1.5X, 2.5X,. etc.).
Roce (Friccin) del Rotor
El Roce del Rotor produce un espectro similar al de la soltura mecnica cuando las partes giratorias entran en contacto con los componentes fijos. La friccin puede ser parcial o en toda la revolucin del rotor. Usualmente genera una serie de frecuencias, lo que por lo general excita una o mas resonancias. A menudo existen sub-armnicas de fraccin integra, de la velocidad de fraccionamiento (1/2, 1/3, 1/4, 1/5,...1/n). Dependiendo de la ubicacin de la frecuencias naturales del rotor. La friccin del rotor puede excitar numerosas frecuencias altas (similar al ruido de banda ancha que se produce al pasar una tiza por un pizarrn) puede ser muy grave y de corta duracin si es causado por el eje haciendo contacto con el Babbit del cojinete. Una friccin anular total alrededor de toda la revolucin del eje puede
el rotor girando rpidamente a la velocidad crtica en direccin opuesta a la rotacin del eje (inherentemente inestable que puede llevar a una falla catastrfica).
Cojinetes A. Problemas por Desgaste o Juego.
NOTESE EL LEVANTAMIENTO DEL PISO INDICANDO SOLTURA
Etapas posteriores del desgaste de cojinete son normalmente puestas en evidencia debido a la presencia de series completas de armnicas de velocidad de funcionamiento (hasta 10 o 20). Cojinetes gastados a menudo permiten altas amplitudes Verticales en comparacin con las Horizontales, pero solo mostraran un pico pronunciado a 1XRPM. Los cojinetes con soltura (juego) excesivo pueden permitir que un desbalance y/o desalineacin menor cause una alta vibracin que seria mucho menor si el juego del cojinete se ajustara a las especificaciones.
B. Inestabilidad por Remolino de Aceite
La Inestabilidad por Remolino de Aceite ocurre a .40-.48XRPM y a menudo es bastante grave. Se le considera excesiva cuando la amplitud excede el 40% de la holgura del cojinete. El remolino de aceite es una vibracin de la pelcula de aceite donde las desviaciones en las condiciones normales de operacin (ngulo de disposicin y radio dentro del cojinete. La fuerza desestabilizadora en direccin de la rotacin resulta en un remolino (precesin hacia adelante). El remolino de aceite es inestable ya que incrementa las fuerzas centrifugas que aumentan las fuerzas del remolino. Puede causar que el aceite no soporte al eje, o puede convertirse en inestable cuando la frecuencia del remolino coincide con una frecuencia natural del rotor. Cambios en la viscosidad del aceite, presin de lubricacin y cargas previas externas pueden afectar al remolino de aceite.
C. Inestabilidad por Latigazo de Aceite
REMOLINO DE ACEITE
El Latigazo de Aceite puede ocurrir si la mquina opera a o sobre 2X la frecuencia. Crtica del rotor. Cuando el motor alcanza dos veces la velocidad crtica, el remolino estar muy cercano a la crtica del rotor y podr causar una vibracin excesiva que la pelcula de aceite no sea capaz de soportar. La velocidad del remolino se
en el punto crtico del rotor y este pico no pasar a travs aunque a la mquina se lleve a velocidades ms y ms altas.
4 ETAPAS DE DAO DEL RODAMIENTO ETAPA 1: Las primeras indicaciones de problemas en los rodamientos aparecen en las frecuencias ultrasnicas que oscilan entre 250,000 - 350,000 Hz; luego, a medida que se incrementa el desgaste, cae a aproximadamente 20,000 - 60,000 Hz (1,200,000 - 3,600,000 CPM). stas son frecuencias evaluadas por el filtro Spike Energy (gSE), por HFD(g) y por el Pulso de Choque (dB). Por ejemplo, la energa de Spike Energy puede aparecer por primera vez a aproximadamente .25 gSE en la Etapa 1 (el valor real depende de la ubicacin de la lectura y de la velocidad de giro de la mquina). La adquisicin de espectros envolventes de alta frecuencia confirma si el cojinete se encuentra o no en la Etapa 1 de Dao. ETAPA 2: las frecuencias naturales (fn) de sus componentes, que generalmente ocurren en un rango de 30K - 120KCPM. Dichas frecuencias naturales tambin pueden ser resonancias de las estructuras de apoyo del rodamiento. Las frecuencias de bandas laterales aparecen arriba y abajo del pico de frecuencia natural al final de la Etapa 2. La energa Spike Energy crece (por ejemplo, de .25 a .50 gSE). ETAPA 3: Aparecen armnicas y frecuencias de defectos del rodamiento. A medida que eldesgaste progresa, aparecen ms armnicas de frecuencias de defecto y el nmero de bandas laterales crecen, tanto alrededor de stas y de las frecuencias naturales del componente del cojinete. La energa Spike Energy contina incrementndose (por ejemplo, de .5 a ms de 1 gSE). En esta etapa por lo general el desgaste es visible y se puede extender a toda la periferia del cojinete, sobre todo cuando varias bandas laterales bien formadas acompaan a las armnicas de frecuencias de defecto del rodamiento. Los espectros demodulados de alta frecuencia y envolventes ayudan a confirmar la Etapa III. Reemplace los rodamientos ahora! (independientemente de las amplitudes de frecuencia defectuosas del rodamiento en los espectros de vibracin).
ETAPA 4: Hacia el final, incluso se afecta la amplitud 1X RPM. Crece, y normalmente causa el crecimiento de muchas armnicas de 1X. Las frecuencias naturales discretas de
Adems, las amplitudes tanto del piso de ruido de alta frecuencia y de Spike Energy pueden en efecto disminuir; sin embargo, justo previo al paro catastrfico, la energa Spike Energy y HFD por lo general crecen a amplitudes excesivas.
RODAMIENTOS (4 Etapas de dao)
fn = Frecuencias Naturales de Los Componentes y de la Estructura de Soporte del Rodamiento Instalado. FRECUENCIAS DE DEFECTO DEL COJINETE:
Donde: BPFI = Frecuencia de la Pista Interna BPFO = Frecuencia de la Pista Externa BSF = Frecuencia de Giro de Bola / Rodillo FTF = Frec. Fundamental de la Jaula. Nb = Nmero de Bolas o Rodillos Bd = Dimetro de Bola / Rodillo (pulg. o mm)
= ngulo de Contacto (grados)
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