IDEARAnlisis De Fallas En Rodamientosdiciembre de 1998Soluciones
IDEAR s.r.l.Av. Federico Lacroze 3391 12A(1426) Buenos AiresTE/FAX:
(54) 11- 4553-0462http://www.idearnet.com.are-mail:
[email protected] De Fallas En RodamientosIng. Alejandro
Surez 2 3/01/00FALLAS EN RODAMIENTOS
...........................................................................................................3INTRODUCCIN........................................................................................................................................3TCNICAS
UTILIZADAS PARA LA DETERMINACIN DE FALLAS EN
RODAMIENTOS...........................................3Factor de
cresta..................................................................................................................................3Impulsos
de choque
............................................................................................................................4Emisin
acstica.................................................................................................................................4Spike
Energy
......................................................................................................................................5Anlisis
de envolvente
........................................................................................................................5CONCEPTOS
BSICOS PARA LA INTERPRETACIN DEL ANLISIS DE ENVOLVENTE ..6IMPULSOS
PERIDICOS IDEALES DE ANCHO
0..............................................................................................6IMPULSOS
PERIDIOS DE ANCHO
............................................................................................................6TRANSFERENCIA
MECNICA
.....................................................................................................................6MODELO
DE REPRESENTACIN DE FALLAS EN
RODAMIENTOS........................................9FALLAS
INCIPIENTES
................................................................................................................................9FALLAS
AVANZADAS
..............................................................................................................................11RESUMEN..............................................................................................................................................13CONCEPTO
DE
ENVOLVENTE.....................................................................................................14PASOS
A SEGUIR EN EL ANLISIS DE
ENVOLVENTE............................................................15TCNICAS
PARA OBTENER LA ENVOLVENTE DE UNA
SEAL...........................................16DETECTOR DE
ENVOLVENTE...................................................................................................................16TANSFORMADA
DE
HILBERT...................................................................................................................16VENTAJAS
DEL ANLISIS DE
ENVOLVENTE...........................................................................17FRECUENCIAS
ASOCIADAS A FALLAS DE
RODAMIENTOS..................................................18BASE
DE DATOS DE
RODAMIENTOS..........................................................................................................18EJEMPLO
PARA MQUINAS DE MUY BAJAS
RPM........................................................................................18PASOS
A SEGUIR EN EL CONTROL Y ANLISIS DE FALLAS EN RODAMIENTOS
...........19CONCLUSIONES
..............................................................................................................................20Anlisis
De Fallas En RodamientosIng. Alejandro Surez 3 3/01/00FALLAS EN
RODAMIENTOSIntroduccinUno de los problemas que se presentan con
mayor frecuencia en una fbrica es el de las fallas en
losrodamientos.Por esta razn, para poder llevar a cabo un buen
programa de mantenimiento predictivo, es necesariocontar con
tcnicas de monitoreo del estado de funcionamiento lo
suficientemente precisas para poderevaluar:1.Los cambios en el
estado de funcionamiento de un rodamiento desde la primer etapa de
desarrollo deuna falla.2.La naturaleza de la falla.A partir de esta
informacin, el personal de mantenimiento dispondr de la mayor
cantidad de tiempoposible para programar la reparacin.El objetivo
de este trabajo es:Presentar un panorama generalcon las diferentes
tcnicas que permiten detectar fallas enrodamientos.Presentar un
modelo simplificado para facilitar la comprensin de como se
manifiesta una falla derodamiento en su primer etapa y en estado
avanzado.Presentar la tcnica de anlisis de envolvente para la
determinacin de fallas incipientes enrodamientos.Tcnicas utilizadas
para la determinacin de fallas en rodamientosFactor de crestaEs una
tcnica que puede aplicarse cuando solamente se dispone de un
instrumento de medicin devalores RMS o pico de vibraciones
mecnicas.Con estas dos mediciones se puede calcular el factor de
cresta , definido como:FactorDeCrestaValorPicoValorRMSValor Pico
Valor RMS Factor de crestaIncipiente Crece con respecto al
valorhistrico debido a la presenciade los primeros impulsosSe
mantiene respecto del valorhistrico ya que al comienzola energa de
los impulsos esbajaCrece con respecto al valorhistricoMedio Se
mantiene ya que aparecemayor cantidad de impulsospero de la misma
amplitudAumenta, debido a que alhaber mayor cantidad deimpulsos la
energa creceDisminuye en relacin alestado de la falla
incipiente.Avanzado Se mantiene Crece hasta alcanzar al
valorpicoDisminuye hasta valorescercanos a 1Anlisis De Fallas En
RodamientosIng. Alejandro Surez 4 3/01/0000,511,522,533,5Valor Pico
[g]Valor RMS [g]Factor de crestaVentajas DesventajasMtodo
rpidoSimpleSe efecta con un instrumento de bajo costoSensible a
interferencias generadas por otras fuentesde vibracionesNo provee
informacin para la determinacin de lafalla.Impulsos de choqueste
mtodo, comnmente conocido como SPM (Shock Pulse Method), fue
desarrollado en Suecia por lafirma SPM Instrument.Se apoya en el
hecho de que en el instante de colisin entre dos cuerpos, se
produce una aceleracinmolecular cuya magnitud al comienzo del
choque solamente depende de la velocidad del impacto y enque ni la
masa ni la configuracin de los cuerpos que colisionan influyen en
este proceso.La aceleracin molecular, causa una onda de compresin
que se propaga a la velocidad del sonido y quees captada por un
trasductor de impulsos de choque que permite realizar una medicin
indirecta de lavelocidad del impacto.Este trasductor es un
acelermetro piezoelctrico que est adaptado mecnica y elctricamente
a unafrecuencia de resonancia de 32 Khz.El procedimiento para la
medicin es:1.Obtener el valor inicial de medicin dBia partir de las
RPM y dimetro del eje, utilizando las
tablascorrespondientes.2.Medir el valor dBSV.3.Obtener el valor
dBN= dBSV -dBi .4.Aplicar la siguiente regla:ZONA Rango de
dBNSignificadoVERDE menor que 20 Buen funcionamientoAMARILLA 20-35
Funcionamiento deficienteROJA mayor que 35 Mal funcionamientoEl
valor dBi representa al valor que debe tener un rodamiento nuevo,
bien montado y correctamentelubricado.Emisin acsticaSe denomina
emisin acstica a la liberacin de energa almacenada en una
estructura en forma desonido u ondas elsticas.Esta liberacin de
energa es irreversible y se presenta como emisin continua similar
al ruido blanco, ocomo emisiones de pulsos que al excitar a las
frecuencias naturales de la estructura, se manifiestan comosenoides
amortiguadas.Anlisis De Fallas En RodamientosIng. Alejandro Surez 5
3/01/00La formacin de fallas en un punto del material ocurre cuando
las tensiones locales exceden a lastensiones de fractura, dando
lugar a la formacin de nuevas superficies con la correspondiente
liberacinde energa.En los rodamientos se suelen dar dos tipos de
emisiones:1.Emisin por pulsos debida a defectos en las pistas o
rodillos.2.Emisin continua en caso de que la lubricacin sea
deficiente.Spike EnergyEste mtodo consiste en cuantificar la energa
de los impulsos que puedan generarse en presencia defallas.Estos
impulsos se pueden generar por dos causas:1.Emisin aleatoria de la
energa almacenada en la estructura liberada en la formacin de
fallas.2.Impulsos peridicos de choque entre los rodillos con las
pistas del rodamiento.Estos impulsos excitan a las frecuencias
naturales de la estructura y del sensor que estn por encima delos
2khz.El spike energy es una medicin de aceleracin pico a pico de la
seal en alta frecuencia.Los niveles de gSE medidos dependen de
varios factores:1.Rango de frecuencias de medicin. Normalmente,
cuanto mas amplio sea el rango de frecuencias,mayor ser el valor
medido.2.Frecuencia de resonancia propia del sensor. Es
recomendable trabajar con sensores que tenganfrecuencias de
resonancia del orden de los 40 Khz.3.Frecuencia de resonancia del
acoplamiento sensor-mquina. El acoplamiento debe ser lo mas
rgidoposible para que las vibraciones de alta frecuencia se
transmitan a travs del mismo.4.Ubicacin del punto de medicin. Para
mantener la repetitividad de las mediciones es necesariomedir
siempre en el mismo punto.Este punto debe estar en el lugar mas
prximo al rodamiento ydebe existir un camino de alta rigidez. Se
debe medir sobre el soporte, y no se debe medir sobre lacarcaza de
la mquina.A modo de ejemplo, se presenta un cuadro de valores
medidos en el proceso de desgaste de un conjuntode rodamientos de
rodillos secadores demquinas de papel:Estado gSEErosionado leve
0,3-0,5Micro pitting 0,5-0,8Erosionado severo 0,8-1.2Marcas severas
1,2-2,0Anlisis de envolventeEl anlisis de envolvente tiene la
particularidad de detectar la presencia de impactos peridicos
talescomo los que se producen en los elementos rotantes de un
rodamiento pudiendo discriminarlos de otrasfuentes de golpes
aleatorios como los que se producen durante la cavitacin.DETECTOR
DEVALOR PICO APICOFILTROPASALTOS5 KhzINDICADOR DENIVEL DESPIKE
ENERGYgSESEAL DEACELERACINAnlisis De Fallas En RodamientosIng.
Alejandro Surez 6 3/01/00CONCEPTOS BSICOS PARA LA INTERPRETACIN
DELANLISIS DE ENVOLVENTEImpulsos peridicos ideales de ancho 0Un
tren de impulsos muy angostos de perodo T0 tiene un espectro
peridico de perodo concomponentes separadas en:fT010Aqu se observa
que el espectro de un tren de impulsos muy angostos peridico tiene
componentes defrecuencia muy elevadas.Impulsos peridios de ancho Un
tren de impulsos de ancho y perodo T0 tiene un espectro con
componentes armnicas separadas en:fT010pero a diferencia del caso
anterior, las componentes espectrales mas significativas se
extienden hasta lafrecuencia de corte:f1Aqu se observa que cuanto
mayor sea el ancho del pulso , tanto menor ser la frecuencia de
corte f. yque en el caso en que tienda a cero el espectro se
ensancha tendiendo al caso del tren de
impulsosideales.Transferencia mecnicaLa transferencia mecnica de
una estructura es la relacin que existe entre un esfuerzo aplicado
y elmovimiento vibratorio consecuente. T0tTren de pulsos
peridicosT0tTren de impulsos peridicosf0fEspectro del tren de
impulsosf0f=1/fEspectro del tren de pulsosAnlisis De Fallas En
RodamientosIng. Alejandro Surez 7 3/01/00Si f(t) es la fuerza
variable en el tiempo aplicada a una estructura y a(t) es la
aceleracin del movimientoocacionado, se define a la transferencia
mecnica como:H sA sF sKs qs pkk( )( )( )( )( ) donde:A(s):
transformada de Laplace de a(t).F(s): transformada de Laplace de
f(t).qk: ceros de H(s).pk=k + jk: polos de H(s)ylas k representan a
las frecuencias naturales de la estructura.La transferencia mecnica
est vinculada con la impedancia mecnica a travs de la relacin:H ssZ
s( )( )Para el caso en que la estructura sea un cuerpo rgido de
masa puntual M, la transferencia mecnica sereduce a una constante:H
sM( ) 1Si a la expresin general se la evala en s=j se obtiene la
respuesta en frecuencia de la estructura dondese pueden observar
las frecuencias naturales.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Frecuencia [KHz]|H(jw)|RESPUESTA EN
FRECUENCIA DE LA ESTRUCTURAEn esta figura se observa que la
estructura tiene una frecuencia natural en n=6 Khz que depende de
lamasa del sistema y de la rigidez segn la ecuacin:nKMH(s) f(t)
a(t)Anlisis De Fallas En RodamientosIng. Alejandro Surez 8
3/01/00Donde: K y M representan a la rigidez y a la masa del
sistema.Para el caso en que se efecte una medicin sobre el soporte
del rodamiento, debido a la gran rigidez dela estructura la
frecuencia natural resultar elevada. Normalmente se encuentra por
encima de los 2 Khz.Si la fuerza que excita a la estructura es
senoidal pura con frecuencia mucho menor que la de natural, sedice
que el movimiento resultante es un movimiento forzado o que hay
excitacin forzada en virtud deque el movimiento es impuesto por la
fuente de excitacin.Si en cambio, la frecuencia coincide con la
frecuencia natural de la estructura, se dice que hayresonanciay en
consecuencia el movimiento se ve amplificado.Aqu se observa que la
estructura se comporta como un filtro pasabandas en el que se
amplifican todaslas respuestas a las componentes de frecuencia que
estn cerca de la frecuencia de resonancia.Anlisis De Fallas En
RodamientosIng. Alejandro Surez 9 3/01/00MODELO DE REPRESENTACIN DE
FALLAS ENRODAMIENTOSFallas incipientesA los efectos de poder
comprendercomo se manifiestan las fallas en un rodamiento, se
propone unmodelo que simplifique a la realidad para poder poner de
manifiesto como se originan y comoevolucionan dentro de un proceso
de desgaste.Supongamos que el extremo de un eje que gira a 1000 RPM
est apoyado sobre un rodamiento con lassiguientes
caractersticas:1.12 Bolas de dimetro 10 mm2.Dimetro de pista
externa: 100 mm3.Dimetro de pista interna: 80 mm.Supongamos que en
la parte inferior de la pista externa se produce una marca de ancho
X=0.1mm.Cuando una bola pase por encima de la marca, el eje
transferir un impulso a la estructura dado por:I p t dt ( )0donde:
p(t) es el peso del eje y es el tiempo que necesita una bola para
pasar por encima de la marca. 601000012 1006 4rpmmmmms.* *,Como
pasan 12 bolas por revolucin, estos impulsos se repiten con un
perodo de:Trpmms b 6010001125De este modo, se puede pensar que la
fuerza aplicada a la estructura es un tren de pulsos de ancho
conperodo Tb.El espectro de este tren de pulsos tiene N=Tb/= 781
componentes armnicas significativas separadas enFb=1/Tb=200Hz y que
en consecuencia alcanza hasta Fmax=781*200Hz~ 156 KHz y con
componentesde menor amplitud que llegan a algunos MHz.De aqu se
deduce que:En la etapa inicial, una falla est caracterizada por
tener:Anlisis De Fallas En RodamientosIng. Alejandro Surez 10
3/01/00Baja energaen virtud de que la marca es poco profunda.Gran
ancho de banda. debido a la corta duracin de los impulsos.y de aqu
se desprenden las siguientes conclusiones:1.Debido al gran ancho de
banda de la fuerza aplicada a la estructura, se excitan las
frecuenciasnaturales2.Debido a la baja energa de la fuerza aplicada
las componentes de baja frecuencia no producenmovimientos
apreciables por loque la respuesta forzada es despreciable.3.En
consecuencia, cuando las fallas son incipientes predomina la
respuesta natural frente a larespuesta forzada.Al comienzo, las
marcas son pequeas y losimpulsos tienen baja energa y corta
duracin.0 5 1 1 20 25---0.500.511.tiempo [mS]FuerzaIMPULSOS
PERIDICOS APLICADOS A LA ESTRUCTURAComo los impulsos tienen corta
duracin, lascomponentes espectrales de la excitacin llegana
frecuencias muy elevadas.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1000.050.10.150.20.250.3Frecuencia [KHz]|F(jw)|ESPECTRO DE LA
EXCITACINLa estructura rgida tiene frecuencias naturalesaltas.0 1 2
3 4 5 6 7 8 9 1 000 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91F r
e c u e n c i a [ K H z ]| H ( j w ) |R E S P U E S T A E N F R E C
U E N C I A D E L A E S T R U C T U R ACada impulso aplicado a la
estructura excita a lafrecuencia natural.Predomina la respuesta
natural frente a larespuesta forzada.0 5 1 1 20
25--0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81tiem po [m S]Acel [g]R E S PU E S
T AD EL A ES T R U C T U R AAnlisis De Fallas En RodamientosIng.
Alejandro Surez 11 3/01/00El espectro de la respuesta es el
producto entreel espectro de la excitacin por la respuesta
enfrecuencia de la estructura.An en este caso en que se supone que
existeuna sola fuente de excitacin, se puede observarque el
espectro tiene muchas componentes muyjuntas, y que es necesario
poder discriminarcomponentes que estn separadas algunos hertzpero
en el entorno de frecuencias de varios Khz.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
100.511.22.5Frecuencia [KHz]|A(jw)|ESPECTRO DE LA RESPUESTAFallas
avanzadasSiguiendo con el modelo anterior, podemos pensar que el
proceso de desgaste provoca:1.Que la profundidad de la falla
aumente y que en consecuencia aumente la energa de la
excitacinaplicada.2.Que la longitud de la marca aumente y que en
consecuencia se reduzca el ancho de banda de laexcitacin.Suponiendo
que el ancho de la marca ahora sea de 5 mm, el ancho de los pulsos
aplicado es: 60100052 1000 47rpmmmmmms* *.El espectro de este tren
de pulsos tiene N=Tb/ ~= 10 componentes armnicas significativas
separadasen Fb=1/Tb=200Hz y que en consecuencia alcanza hasta
Fmax=6*200Hz~ 1.2 KHz.De aqu, se obtienen las siguientes
conclusiones:1.Al disminuir el ancho de banda de la fuerza aplicada
no se exitan las frecuencias naturales de laestructura, o si lo
hace, es a travs de componentes d menor energa relativa.2.Debido al
aumento de la energa de la fuerza aplicada, las componentes de baja
frecuencia generanmovimientos apreciales.3.En consecuencia, cuando
las fallas son avanzadas predomina la respuesta forzada frente a
larespuesta natural.Anlisis De Fallas En RodamientosIng. Alejandro
Surez 12 3/01/00A medida que la marca se agranda aumenta laenerga
de los impulsos y el tiempo en que unabola pasa por la marca.0 5 10
15 20 25-1.5-1-0.500.511.5tiempo [mS]FuerzaIMPULSOS PERIDICOS
APLICADOS A LA ESTRUCTURAAl aumentar el tiempo en que se transfiere
elimpulso hacia la estructura, disminuye el anchode banda de la
fuerza de excitacin.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100123456Frecuencia
[KHz]|H(jw)|ESPECTRO DE LA EXCITACINLas respuesta en frecuencia de
la estructura nocambia al evolucionar la falla.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 000 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 80 . 91F r e c u e n c i
a [ K Hz]| H ( j w ) |T R A N S F E R E N C I ALas respuesta de la
estructura es similar a laexcitacin.Predomina la respuesta forzada
frente a larespuesta natural.RESPUESTA DE LA ESTRUCTURA0 5 10 15 20
25-1.5-1-0.500.511.5ti empo [mS]Acel[g]RESPUESTA DE LA
ESTRUCTURAComo la energa de la excitacin est enfrecuencias menores
que la frecuencia naturalde la estructura, el espectro de la
respuesta essimilar al de la excitacin por lo que lanaturaleza
peridica de la falla se puededeterminar mediante un anlisis
espectral enbanda base.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
1000.511.522.533.544.5Frecuencia [KHz]|A(jw)|ESPECTRO DE LA
RESPUESTAAnlisis De Fallas En RodamientosIng. Alejandro Surez 13
3/01/00ResumenFalla incipiente Falla avanzadaEnerga Baja AltaAncho
de banda de la excitacin Decenas de kilohertz Algunos cientos de
hertzRespuesta predominante Natural ForzadaAnlisis De Fallas En
RodamientosIng. Alejandro Surez 14 3/01/00CONCEPTO DE ENVOLVENTELa
envolvente de una seal es el contorno que se obtiene uniendo todos
los picos del semiciclo positivo.0 2 4 6 8 10
12-1.5-1-0.500.511.5tiempo [mS]Acel [g]ENVOLVENTE DE LA RESPUESTA
DE LA ESTRUCTURAEn la figura se observa como la envolvente elimina
a las oscilaciones correspondientes a la respuestanatural de la
estructura sin perder la informacin de periodicidad de la excitacin
que permitedeterminar las fuentes de vibraciones peridicas que
caracterizan a las fallas en los rodamientos .0 20 40 60 80 100
120-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.9De aqu puede observarse que:1.La
envolvente es siempre positiva, por lo que se debe remover el valor
medio para eliminar en a lacomponente de continua innecesaria.2.La
frecuencia mxima de la envolvente es mucho menor que la de la seal
modulada.3.Como la envolvente es una seal de baja frecuencia, la
frecuencia mxima de los espectros puede serbaja con lo que se
aumenta la resolucin.4.La envolvente contiene la informacin
frecuencial de la fuente de vibraciones.Anlisis De Fallas En
RodamientosIng. Alejandro Surez 15 3/01/00PASOS A SEGUIR EN EL
ANLISIS DE ENVOLVENTELa falla del ejemplo anterior tena un perodo
Tb=0,5mS y unafrecuencia natural de 6 Khz.Para poder mejorar el
rango dinmico de la medicin, esnecesario realizar un filtrado
pasaaltos para remover lasvibraciones de bajas frecuencias causadas
por desbalanceos,desalineaciones, etc.0 5 10 15 20
25-5-4-3-2-1012345ti empo [mS]Acel[g]SEAL SINFILTRAREsta figura
muestra a la seal filtrada donde han quedado larespuesta de la
estructura a la excitacin peridica generada porla falla.Criterios
para la seleccin de la frecuencia de corte del filtropasaaltos1.La
frecuencia de corte del filtro pasaaltos debe ser levementeinferior
a la frecuencia natural excitada.2.La banda de energa creciente
observada en el espectro debanda base puede servir para determinar
la frecuencia decorte del filtro pasaaltos.3.En general, la
frecuencia de corte est en el orden de 1 Khz.0 5 10 15 20
25-5-4-3-2-1012345tiempo [mS]Acel[g]SEAL FILTRADAAqu se ha
amplificado a la seal para mejorar la relacinseal/ruido antes de
efectuar el procesamiento de la envolvente.0 5 10 15 20
25-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81tiempo [mS]Acel[g]SEAL
AMPLIFICADALa figura muestra la envolvente de la seal amplificada.0
5 10 15 20 25-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81tiempo
[mS]Acel[g]ENVOLVENTEAqu se muestra el espectro de la envolvente
que muestraclaramente a la componente de 100 Hz correspondiente a
lamarca en la pista externa y a las armnicas caractersticas de
losimpulsos peridicos.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
200.10.20.30.40.50.60.70.80.91Frecuencia [KHz]|H(jw)|ESPECTRODE LA
ENVOLVENTEAnlisis De Fallas En RodamientosIng. Alejandro Surez 16
3/01/00TCNICAS PARA OBTENER LA ENVOLVENTE DE UNA SEALDetector de
envolventeUna manera de obtener la envolvente de la seal modulada
es a partir de un detector de envolventeconformado por un detector
de picos.El detector de picos carga rpidamente a un capacitor y la
descarga se realiza lentamente a travs de
unaresistencia.Tansformada de HilbertOtra manera de obtener la
envolvente es a travs de la transformada de Hilbert de la seal
digitalizada.La transformada de Hilbert es una transformacin lineal
aplicada a la seal, que da como resultado unafuncin analtica con
las siguientes propiedades:1.La parte real coincide con la seal de
entrada.2.La parte imaginaria est en cuadratura con la seal de
entrada. Esto significa, que cada componentedel espectro de la
parte imaginaria est a 90 respecto de la misma componente de la
parte real.Como la parte real e imaginaria estn en cuadratura, al
obtener el mdulo de la transformada seeliminan las componentes de
alta frecuencia con lo que queda la
envolvente.AMPLIFICADORDEMODULADOR(Detector de
envolvente)FILTROPASABANDAS(2-5 Khz tpico)ACONDICIONADOR DE
SEALANLISISESPECTRALCONVERSORANALGICO DIGITAL FILTRO
ANTIALASSINGENVOLVENTEMDULO DE LATRANSFORMADA
DEHILBERTTRANSFORMADADE
HILBERTSEALDIGITALIZADAANLISISESPECTRALAnlisis De Fallas En
RodamientosIng. Alejandro Surez 17 3/01/00VENTAJAS DEL ANLISIS DE
ENVOLVENTEDetecta de fallas incipientes a partir de la amplificacin
de losmovimientos de la estructura en resonanciaExtiende las
posibilidades del anlisis de espectros convencional quesolamente
permite detectar los movimientos forzados de lasestructuras
correspondientes a las fallas en estado avanzadoOfrece precisin en
el diagnstico de fallas de los elementos rotantesDetecta otros
golpes peridicos de baja energaAnlisis De Fallas En RodamientosIng.
Alejandro Surez 18 3/01/00FRECUENCIAS ASOCIADAS A FALLAS DE
RODAMIENTOSLas fallas localizadas en los elementos que constituyen
al rodamiento generan impactos que se repitenperidicamente a un
ritmo que depende de las RPM del eje y su geometra.Frecuencia de
paso de bola por pista externaBPFO nf dD
1]121 cosFrecuencia de paso de bola por pista internaBPFI nf dD
+
1]121 cosFrecuencia de giro de una bolaBSF DfddD
_,
1]11212cosFrecuencia fundamental del tren de rodaduradebida a
fallas en la jaulaFTFf dD
1]121 cosdonde:n: Nmero de bolas o rodillos.f: Velocidad del eje
(o de la pista externa respecto de la pista interna).d: dimetro de
las bolas o rodillos.D: Dimetro del paso (medida entre ejes de
bolas diametralmente opuestas).: ngulo de contacto en la direccin
radial.Base de datos de rodamientosLas frecuencias de falla de los
rodamientos se pueden obtener utilizando los programas de
rodamientos.Existen varias opciones: Unas sobre rodamientos de SKF
y otros que abarcan a otras marcas.La forma de utilizarlos
es:1.Ingresar el nmero que caracteriza al rodamiento.2.Ingrersar
las RPM.Y de este modo, el programa calcula las frecuencias de
falla caractersticas.Ejemplo para Mquinas de muy bajas rpmEn el
caso de mquinas de muy bajas RPM como es el caso de los rodillos
secadores de las mquinas depapel, el anlisis de envolvente se
transforma en una herramienta especialmente til para ladeterminacin
de fallas de rodamientos.Supongamos que el eje gira a f=1,35 Hz
(81RPM) y que los datos del rodamiento son:n=25 bolas D=326 mmd=36
mm =15Aplicando las ecuaciones anteriores se obtiene:BPFO=15,1Hz
BPFI=18,7HzBSF=6,0Hz FTF=0,6HzEn este caso, los trenes de impulsos
excitarn a las frecuencias naturales del rodamiento (que estn en
elorden de 6 Khz) y la falla se manifestar por medio de un
crecimiento en este rango de frecuencias.Para poder discriminar a
estas componentes en el entorno de una frecuencia de 6 Khz, se
requerir demucha resolucin y en gran rango dinmico.En lugar de
esto, mediante la demodulacin de los impulsos peridico por medio
del anlisis deenvolvente y haciendo un anlisis espectral con
frecuencia mxima=50Hz, las componentes se podrnresolver con mucha
exactitud.Anlisis De Fallas En RodamientosIng. Alejandro Surez 19
3/01/00PASOS A SEGUIR EN EL CONTROL Y ANLISIS DE FALLAS
ENRODAMIENTOSControlar espectros de aceleracincon frecuencia
mxima=10 Khz ymscaras de alarma losuficientemente prximas
alespectro.Si no hay coincidencia, se debe aotros golpes peridicos
de bajaenergaPartes flojasHuelgos excesivos.Si aumenta la energa de
una bandaque est cerca de 5 Khz, es posibleque existan fallas
incipientes enrodamientos.Si hay coincidencia, el cambio decondicin
se debe a una fallaincipiente en el rodamiento.Efectuar el anlisis
de envolventeSi el anlisis de envolvente nomuestra componentes
espectralesdefinidas, entonces el cambio deestado de funcionamiento
se debe auna fuente de vibraciones aleatoriacomo por
ejemplo:CavitacinFallas en la pelcula lubricanteSi el anlisis de
envolvente muestrala presencia de componentesespectrales definidas,
entonces elcambio de estado de funcionamientose debe a fuentes de
vibracionesperidicasCon el cdigo de rodamiento y lasRPM del eje
correspondientes,ingresar a la base de datos paraobtener las
frecuenciascaractersticasAnlisis De Fallas En RodamientosIng.
Alejandro Surez 20 3/01/00CONCLUSIONESEn general, el primer sntoma
que indica una falla de rodamiento es un aumento gradual de
lasvibraciones por encima de los 2 Khz.En presencia de fallas
existen impulsos que excitan a las frecuencias naturales
estructurales y deltrasductor que pasan a formar parte del
espectro.El anlisis de envolvente permite separar a los efectos de
la estructura para facilitar el anlisis de losimpulsos generados
por las fallas.
