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8/17/2019 Eshleman Vibraciones Basicas de Maquinaria
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Vibraciones BL ic as de Mriquinas
Una Introducci6n a Miiquina de Verificacibn, Ansilisis, y Monitoreo
Author: Ronald L. Eshleman, Ph.D., P.E.Director, Vibration Institute
Editor: Judith Nagle-Eshleman, Ph.D.Secretary-Treasurer, Vibration Institute
Spanish Translation: Ing. Ciro Martinez Trinidad'
VIPress, IncorporatedClarendon Hills, Illinois 60514
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Eshleman RonaldL.Bas ic Machinery Vibrations: An Introduction to Ma chine Testing Analysis andMonitoringIRonaldL Eshlemanp. cm VIPress Inc.Include s bibliographical references and indexISBN 0-9669500- 1- 1
1. Mac hinery Monitoring 2 Ma chinery Ana lysisI Title
2002 VIPress Incorporated Clarendon HillsIL 605 14
All rights resew ed. No part of this book may be reproduced in a ny form or any media w ithout the writtenpermission of th e publisher.
The author and publisher have done their best in preparing this book. The ir efforts includ e thedevelopment and testing of theories and data contained herein. The author and publisher m ake nowarrant expressed or implied with regard to the methods and data contained in this book. Th e author
and publisher are not liable in the event of incidental or consequential dam ages in connec tion with theapplication of the technology contained herein.
All product nam es mentioned herein are the trademarks of their respective owners.
Printed in the United States of Am erica
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Tabla 4 1 TCcnicas de Diagn6stico par a MBquinas Rotativas.
El aniilisis Espectral. Un espectro puede ser analizado ripidarnente con el siguiente procedimiento:
Identificar la velocidad de operacidn y sus arm6nicas 6rdenes). Los datos se pueden presentar enformatos de frecuencias o de 6rdenes ver figura 4.1).
Instrumentos
Osciloscopio Anilogo ydigital, Analizador T
Osciloscopio digital confiltro vectorial
Luz estrobosc6pica,Osciloscopio An6logo ydigital, Analizador T
AnalizadorFFT
Colectorde datos digital
Identificar las frecuencias dorninantes que son mtiltiplos de la velocidad de operacibn, incluir lasfrecuencias de paso de alabe, electromagnCticas y de frecuencias de engrane ver figura 4.2).
Descripci6n
Amplitud vs. Tiempo
Desplazarniento relativodel rotor
Tiempo relativo entre lasseiiales de la fuerza y lavibraci6n o entre dos o
mis seiiales vibracionales
Amplitud vs Frecuencia
TCcnica
Anilisis de
forma de onda
Andlisis de6rbitas
Andlisis defases
Anilisis deespectros
Identificar las frecuencias no sincrdnicas y sus mtiltiplos, tales como; frecuencias de fallas derodarnientos ver figura 4.3 .
Us0
Modulacibn, impulsos,
cortes de ondasMovimiento del eje,
torbellino de aceite OilWhirling), inestabilidad de
cojinetes.
Relaci6n entre la fuerza y elmovirniento, relaci6n entre
la vibraci6n y eldesplazamiento
Fmuencias, frecuenciasnaturals, bandas vsinas,impulsos, subarm6nicas,
surna y resta de frecuencias
Identificar las frecuencias de pulsaci6n, dos componentes de frecuencia cercanas una de otra; susamplitudes se suman y se restan durante un ciclo de pulsaci6n ver figura 4.4).
Identificar las frecuencias que no dependen directamente de la velocidad de operaci6n; tales como lasfrecuencias naturales o frecuencias de vibraci6n de maquinas vecinas ver figura 4.5).
Identificar las bandas vecinas ver figura 4.6) eso se relaciona a un componente de baja frecuencia devibraci6n que rnodula 10s carnbios) la amplitud de una vibracidn de alta frecuencia. Las bandasvecinas son componentes de frecuencia que aparecen en el espectro a d e d s de una frecuenciadominante tal como la frecuencia de engrane. La modificaci6n de la vibraci6n de la frecuencia de
engrane una caja de engranajes por desgaste desigual ver. figura 4.6) es un ejemplo bueno. Una bandavecina identifica la posici6n de la falla si la frecuencia se empareja con la velocidad de uncomponente de la mdquina.
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Las bombas son forzadas a operar en flujos drlsticamente reducidos q ue refuerzan la presi6n en un o
de 10s lados del rotor , entonces en el o tro lado existe recirculaci6n. E l resultado es lenta oscilaci6n axial,
fuerzas y vibraci6n (ver figura4.33 que pueden causar una rlp ida falla de 10s cojinetes antifricci6n que
no es tln disefiados para soportar una carga axial extra. Tod os las bombas con descarga ax ial del rotor,
deberia se r examinado para deterrninar si est ln operan do contra excesiva contrapresi6n.
Casos histbricos de cavitacibn. La bomba en este caso estaba operando contra una insuficiente
contrapresi6n [4.4]. El resultado es que la bomba operaba en una condici6n de funcionamiento con el
fluido cavitando.
Duran te el monitoreo inicial de las vibraciones, se descubrieron niveles de vibraci6n altos en las
bombas de agua circulantes para uso g eneral. S e detectaron altos niveles en las direcci6n horizontal d el
cojinete interior del motor y en la direcci6n axial de cojinete exterior del motor. El espe ctro de un anc ho
de banda amplio contiene frecuencias identificables como no m eclnicas. Un espectro d e niveles de
vibraci6n en el cojinete exterior del motor es mo strado en la figura4.34.
S e descubrid que algunas de las bombas estaban operando contra solam ente diez pies de
contrapresi6n. Una c opia de la curva de flujo versus cabeza de la bomba fue obtenida. La capac idad de
disefio de la bomba era de 156,000 gpm a38 pies de cabeza. La curva d e flujo versus cabeza terminaba a
15 pies de contrapresibn, indicando qu e el funcionamien to con solam ente diez pies de contrapresi6n ni
siquiera no habian sido considerados por el fabricante. Un flujo estim ado de 20 0,000gpm fue obtenido
proyectando la curva de Curva de flujo versus cabeza de la bomba a diez-pies de presi6n d e descarga.Para verificar esta condici6n, se cerraron parcialmente las vllvula s d e descarga ha cia el condensado r para
aumentar la contrapresi6n a un nivel cercano a1 punto d e diseiio. Cuando la s vllvu las se cerraron
parcialmente, la vibraci6n disminuyd a un n ivel aceptable.
Una bomba de agua circulante fue quitada para ser reparada, se encontrd que tenia serios daiios en la
campana d e succi6n. S e concluy6 que el daiio era el resultado de la cavitaci6n. Para verificar la teoria de
cavitacidn se instal6 una clm ara en la campana de succi6n d e la bomba para determinar si la cavitaci6n
estaba ocumen do. El resultado dej6 una pequeiia dud a de, que la cavitaci6n fuera el problema. E l cierre
parcial de la vllvula d e descarga hacia el condensador dramaticamente redujo la cavitaci6n.La baja descarga fue causada cuando s610 una bomba operaba en lugar de do s. Esta condici6n ocum a
cuando la temperatura del agua de enfriamiento era suficientemente baja para que un a bom ba pud iera
proporcionar suficiente agua a1 conde nsador para satisfacer 10s requerimientos d e contrapresi6n d e la
turbina. Desafortunadamente, la dnic a bomba en operaci6n exp erimentab a cavitaci6n.
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s
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Speed RPM 10
que s ea termalmente estable antes de cortar la energia para la toma de datos durante la parada. Procesar 10s
datos e identificar las velocidades criticas.
Dependiendo del grdfico h a b r h picos en el
espectro de un analizador de T Figura 6.7),
picos en el diagrama de Bod6 por un filtro de
rastreo Figura 6.8) o vueltas en un diagrarna
polar por un filtro de rastreo Figura 6.9).Puede verse que la frecuencia natural a la
velocidad de operaci6n no e s necesariamente la
frecuencia natural medida durante la prueba de
arranque o parada. Un diagrama de
interferencia ver Figur a 6.4) es 6til para
visualizar las frecuencias naturales de u na
F igura 6 8 Diagrama de Bod6 un a
Prueba de Pa rada.
mdquina a otras velocidades que las
velocidades criticas.
Usando un Colector/ ana l izador de
da tos FFT La caracteristica d e retenci6n d e
pico d e un colector analizador de datos puede
ser usados para proporcionar datos en las
velocidades criticas. Sin em bargo, el rango d e
frecuencia seleccionado debe ser
suficie ntem ente alto para rastrear la parada. La retencidn d e pico, retieney muestra 10s valores pic0 de
todos 10s datos despu6s que cada espectro es compu tado. El tiempo d e adquisici6n del bloque d e datos
analizad o es dependiente del rango de frecue ncia seleccionado. Para rnds bajos rangos de frecuenc ias,
rnds largo serd el tiemp o de adquisicibn.
La ecuaci6n del tiempo d e adquisici6n Ts, es:
s NFmx
N es el n6mero de lineas;FAx es el rango d e frecuencias del analizador. El tiempo de adquisici6n puede
disrninuirse reduciendo las lineas de resoluci6n. AdemBs, con el uso d el procesamiento del traslape
tambiCn se reduce tiempo de adquisici6n de dato s. Con el procesamiento del traslape, un po rcentaje d e
datos de la muestra anterior e s usado para el calculo del espectro presente. En las pruebas d e parada de
la mdquina, el proceso de computo del T s siem pre mds rdpido qu e la adquisici6n d e 10s datos.
S i un analizador esta calibrado en 400 lineas en un rango d e frecuencia de100 Hz 6,000 CPM), cuatro
segundos 4001100) se necesitan para adquirir una muestra. Porque muchas muestras son necesarias para
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