Análisis de Fase
Para muchos analistas de vibración, la vida gira alrededor del espectro. Si el defecto no es
obvio en el espectro entonces el defecto no puede ser detectado. Y a veces, la condición de
defecto es mal diagnosticada porque varias condiciones se presentan a sí mismas en
maneras muy semejantes.
El uso de las lecturas de fase le puede ayudar a diferenciar entre estas condiciones. Si usted
domina el análisis de fase, su capacidad de diagnosticar defectos correctamente aumentara
considerablemente.
El análisis de fase es un instrumento muy poderoso. La percepción puede que la medida de
la fase es difícil de reunir o posiblemente que las lecturas son difíciles de comprender o
interpretar. Algunas personas pueden creer que esas medidas de fase no ofrecen
información útil. Están equivocados.
El propósito de este artículo es de mostrar que la toma de mediadas de fase no es ni difícil
de reunir ni difícil de comprender.
Comenzaremos revisando los fundamentos de fase, y entonces miraremos cómo usted
puede medir fase con un recolector de datos de un solo canal, de doble-canal, y con un
estroboscopio.
En la segunda parte de este artículo, veremos cómo estas lecturas pueden ser utilizadas para
diagnosticar una gran variedad de condiciones de defecto: desbalance, desalineación,
holgura, eje doblado, cojinete montado, la excentricidad y la resonancia. Revisaremos
cómo comparando las lecturas de la fase, se puede revelar tanto acerca de la máquina, y
daremos un vistazo rápido a la Forma de Operación de Desvío (ODS) y al análisis modal.
¿Qué es Fase?
Primero, hagamos una revisión rápida de fase.
La fase se trata de Tiempo
La fase se trata del tiempo relativo de acontecimientos relacionados. Aquí están algunos
ejemplos:
1. Al balancear estamos interesados en el tiempo entre el lugar pesado en el rotor y una
señal de referencia en el eje. Necesitamos determinar donde está ubicado ese lugar pesado,
y la cantidad de peso necesaria para contrarrestar las fuerzas giratorias.
2. Cuando miramos las condiciones de defecto como desbalance, desalineación,
excentricidad, y problemas de base, estamos interesados en las fuerzas dinámicas dentro de
la máquina, y como resultado, el movimiento de un punto en relación con otro punto.
3. Podemos utilizar fase para comprender el movimiento de la máquina o la estructura
cuando sospechamos de resonancia estructural en una máquina, donde toda la máquina
puede estar oscilando de un lado a otro, torciéndose o botando de arriba hacia abajo.
Por lo tanto, fase es muy útil al balancear, y al tratar de comprender el movimiento de una
máquina o la estructura. Pero la fase es también muy útil al tratar de diagnosticar
condiciones de defecto de la máquina. Si su actitud es de “los niveles de vibración son altos
– necesita una reparación mayor”, entonces usted probablemente no tenga ningún interés en
fase. Pero si usted quiere hacer un diagnóstico exacto, y distinguir correctamente entre los
defectos como desbalance, desalineación y eje doblado, entonces fase es un instrumento
imprescindible.
Fundamentos de Fase
Si usted mide la vibración de una máquina y filtra todas las fuentes de vibración dejando
sólo la vibración en la frecuencia que corresponden a la velocidad operacional (es decir
vibración 1X) entonces la forma de ondas de tiempo es una onda de seno. El nivel de la
vibración será dictado por varios factores, pero nos enfocaremos solo en las fuerzas debidas
al desbalance.
Utilicemos un simple ventilador como nuestra máquina de referencia. Hay una moneda de
oro añadida a una de las hojas, que genera la fuerza de desbalance. Vemos una onda de
seno con los correspondientes ángulos de rotación como se muestra en la Figura 1.
Pero esta información por sí sola no nos dice mucho. La fase es una medida relativa, así
que necesitamos comparar una fuente de vibración a otra fuente de vibración o a una
referencia de alguna clase.
Primero trataremos de comprender fase comparando dos fuentes de vibración. Si tuvimos
dos ventiladores idénticos, cada uno con monedas en una hoja (para generar la fuerza de
desbalance), esperaríamos ver ondas de seno en cada ventilador como se muestra en la
Figura 2. Si los ventiladores estuvieran perfectamente sincronizados tanto que ambas
monedas estuvieran en la posición de las 12:00 al mismo tiempo, se diría que están “en-
fase”.
Sin embargo, si una moneda estuviera arriba (12:00) cuando la otra estuviera abajo (6:00),
estarían “180° fuera de fase”, como se muestra en la Figura 3. ¿Por qué 180°? Porque una
rotación es 360°, así que la mitad de una rotación es 180°.
Y si una moneda estuviera arriba, y la otra a un cuarto de una rotación alrededor, serían 90°
(o 270°) fuera de fase, como es mostrado en la Figura 4.
Comparando dos Formas de Onda
Si mira los ejemplos anteriores puede ver dos formas de ondas con la misma frecuencia (los
ventiladores trabajan exactamente a la misma velocidad). Comparando las dos formas de
ondas de tiempo podemos ver la diferencia de tiempo entre ellos. En nuestro ejemplo las
formas de ondas han venido de dos ventiladores diferentes. Estamos interesados
normalmente en dos fuentes de vibración de la misma máquina. Podemos determinar la
diferencia de fase midiendo primero el período (es decir el tiempo) de un ciclo completo
(recuerde, un ciclo son 360°) y comparando eso a la diferencia en el tiempo entre las ondas,
como se ilustra en la Figura 5.
Usando una Referencia
En vez de medir fase como una diferencia de tiempo entre dos fuentes de vibración, puede
ser medida como una diferencia de tiempo entre una fuente de vibración y una “referencia”.
Las dos referencias más comunes son la de colocar un pedazo de cinta reflectora en el eje y
entonces utilizar una fotocélula o un láser para generar un pulso cada vez que gira el eje, o
utilizar una punta de desplazamiento contraria a una ranura. Cada vez que la ranura pasa la
punta del transductor de desplazamiento, el desplazamiento medido cambia dramáticamente
entonces la señal tendrá un cambio de paso. Discutiremos esto, mas adelante.
El resultado es una señal de voltaje que proporciona un pulso de “TTL” antes de la
revolución como es mostrado en la Figura 6. El tiempo entre pulsos es el período de la
velocidad de la máquina. Para mantener los números sencillos, asumamos que el ventilador
giraba en 1500 RPM, o 25 Hz. Por lo tanto el tiempo entre los pulsos sería 0.4 segundos
(1/25 = 0.04).
Como antes, podemos comparar la vibración de la máquina a la señal de la referencia como
se ilustra en la Figura 7. El tiempo entre pulsos es de 0.04 segundos, y el tiempo entre los
picos de la onda sería de 0.04 segundos. Si hay 0.01 segundos entre el pulso y el pico de la
onda, entonces la diferencia de fase sería de 90°. (Nota: ¼ De 0.04 segundos es 0.01
segundos. ¼ de 360° es 90°.) Afortunadamente el recolector de datos tiene la electrónica y
el software necesarios para utilizar señales de tacómetro o señales de acelerómetros para
determinar el ángulo de fase, así que estos cálculos son realizados automáticamente.
Recolectando las lecturas de fase
Miremos más de cerca cómo medimos fase. En la sección anterior describimos dos métodos
básicos: utilizando una referencia de tacómetro, y utilizando la vibración de otro sensor.
Hay un tercer método que utiliza un estroboscopio, pero llegaremos a eso más tarde.
Utilizando un Tacómetro
Hay varias maneras de obtener una señal de una-por-revolución en un tacómetro. La más
común implica el uso de cinta reflectora y un tacómetro óptico (o láser) como se ilustra en
la Figura 8.
Hay varios productos disponibles que pueden utilizar la luz reflejada, incluyendo la luz de
láser, para generar la señal del tacómetro. Algunos trabajarán sin cinta reflectora, siempre y
cuando exista un área de alto contraste – por ejemplo, un lugar de pintura.
La foto celda brilla una luz (visible o el láser) en el eje. Debido a la textura y el color de la
superficie, la luz no se refleja normalmente. Cuándo la cinta pasa por debajo, la luz se
refleja. El tacómetro genera una señal de “TTL” que es alimentada en el recolector de
datos.
Otra manera de generar una señal de una-por-revolución es utilizando una punta de
desplazamiento (proximidad) la cual es apuntada a una ranura o al tornillo de presión. El
cambio en el desplazamiento proporciona el paso en voltaje que es utilizado como
referencia. Esto es conocido comercialmente como un “keyphasor” (por Bently Nevada).
La salida del tacómetro es alimentada en la entrada de tacómetro del recolector de datos;
puede ser marcado “EXT” o “TACH” o “TRIG” o por alguna otra etiqueta. Usted
necesitará buscar en el manual de operación de su recolector de datos para comprender
donde conectar la señal del tacómetro y cómo utilizarlo para recolectar las lecturas de fase.
La figura 9 es un ejemplo de un recolector de datos, utilizado por DI, SKF, DLI y Rockwell
(Entek).
El recolector de datos entonces puede utilizar la señal del tacómetro para determinar la
velocidad de la máquina, y como una referencia al comparar la vibración en la velocidad
operacional (1X) de un acelerómetro, como es ilustrado en la Figura 10. Entonces
proporcionará un ángulo de fase de entre 0° y 360° (a veces el recolector de datos puede
proporcionar una lectura de -180° a +180°).
El recolector de datos puede determinar el ángulo de fase en diferentes maneras. Puede
aplicar el método de dos-canales que será discutido más adelante, o puede utilizar el
tacómetro para apuntar el proceso de adquisición de datos y adquirir el ángulo de fase del
proceso de FFT.
Utilizando un Recolector de datos de Dos-Canales
¿Sabía usted que cuando su recolector de datos toma una medida en una máquina y
computa el FFT (espectro), computa realmente la magnitud del espectro (amplitud) y el
“espectro de fase”? Pero porque usted no tiene una señal de referencia (el recolector
comienza a recolectar cuando usted aprieta el botón, no según cualquier referencia
predefinida en el eje) los datos de fase no tienen mucho valor. Así que es desechado y
nosotros sólo guardamos el espectro de magnitud.
Sin embargo, hay dos posibilidades disponibles para nosotros. Si la recolección de datos
fue sincronizada a la referencia del tacómetro, los datos de fase serían pertinentes.
Podríamos mirar la fase en la velocidad operacional y utilizar esa información. Esta es uno
de las maneras en la que los recolectores de datos miden fase cuando se usa el tacómetro.
Pero hay otra manera.
Si conectamos un acelerómetro a un canal de un recolector de datos de dos canales, y
conectamos otro acelerómetro al segundo canal, el recolector de datos los puede probar
simultáneamente (esto es esencial) y compara los espectro de fase. Colocaríamos un sensor
en una ubicación de referencia, y el segundo sensor en el punto interesante, como es
mostrado en la Figura 11. También podemos mover ese sensor a ubicaciones diferentes ver
cómo ese ángulo de fase cambia (mientras se deja el sensor de referencia en la misma
ubicación todo el tiempo). En la Figura 11 medimos la diferencia en la fase entre el eje
vertical y el horizontal.
Utilizando un Estroboscopio
Los Estroboscopios se pueden usar para recolectar lecturas de fase de dos maneras.
Estroboscopio como un Tacómetro - Si afinamos el estroboscopio a la velocidad
operacional de la máquina (para que el eje o el cople parezcan haber parado de girar), la
salida de la luz estroboscópica puede ser conectada a la entrada del tacómetro del recolector
de datos. El recolector trataría la señal de la luz estroboscópica como si fueran una entrada
normal de tacómetro.
Sin embargo, si la velocidad de la máquina varía ligeramente, la señal del estroboscopio ya
no representa la velocidad exacta de la máquina – la lectura de fase será inexacta. Si usted
configura el estroboscopio para congelar una ranura, el tornillo de presión o algún otro
punto en el eje o cople, entonces debe utilizar eso como su referencia antes de que registre
la amplitud y la lectura de fase. Si la velocidad varía entonces usted verá la ranura/tornillo
de presión que comienza a girar hacia adelante o hacia atrás. Entonces puede ajustar la tasa
de destello para que otra vez se congele.
El recolector de datos manejando el estroboscopio o visa versa
Hay otra manera de utilizar un estroboscopio que es muy efectiva, sin embargo no todos los
recolectores o estroboscopios tienen esta capacidad.
El sensor de vibración es conectado al estroboscopio y es colocado en el modo de “EXT”.
Usted controla la tasa de destello del estroboscopio hasta que congele el movimiento del
eje. Cambie a “LOCK/TRACK” y el estroboscopio ahora utilizarán su red de circuitos
interna para filtrar la señal de vibración y extraer la vibración en la velocidad operacional.
El estroboscopio ahora puede rastrear cualquier cambio en la velocidad. El estroboscopio
tendrá típicamente una señal de salida TTL que puede ser conectada a la entrada del
tacómetro del recolector de datos. Un Estroboscopio de ejemplo se muestra en la Figura 12.
Alternativamente, ciertos modelos de recolectores de datos pueden ser utilizados para
rastrear la vibración 1X dominante y manejar el estroboscopio. El recolector de datos o
puede rastrear la velocidad 1X automáticamente, o usted puede mover el cursor en un
espectro para configurar la velocidad. Un cable es conectado de la salida del recolector de
datos a la entrada del estroboscopio. La tasa de destello del estroboscopio está ahora bajo el
control del recolector de datos. Si la velocidad de la máquina varía ligeramente, la tasa de
destello y la señal de disparador, serán corregidas automáticamente.
Cuándo el recolector o el estroboscopio son configurados para rastrear la velocidad
operacional usted puede realizar “medidas visuales de fase”. El estroboscopio destellará en
la velocidad operacional de la máquina, así el eje (o cople) parecerá congelarse. (Por
supuesto, usted debe ser muy cuidadoso – el eje no ha parado y debe tener cuidado de no
tocarlo). Entonces debe poner una referencia visual, como una ranura o el tornillo de
presión, y utilizar la perilla “Relativa de Fase” en el estroboscopio para ajustar la
ranura/tornillo de presión para que esté en la posición 12:00.
Si usted mira el eje/cople mientras mueve el acelerómetro, parecerá como si el eje/cople
gira. La cantidad de rotación es dictada por la diferencia de fase entre la posición original
del sensor y la nueva posición. Por ejemplo, si la máquina estuvo desbalanceada y usted
mueve el acelerómetro 90º, el eje/cople parecerá girar 90º (un cuarto de vuelta), como es
demostrado en la Figura 13.
Este es un método muy efectivo de análisis de fase. Cuando usted mueve el sensor
alrededor de la máquina puede ver cómo la fase cambia sin mirar aún los valores
verdaderos de fase. Es mejor si usted puede utilizar un tornillo de presión, ranura, lugar de
pintura, o cinta reflectora como su referencia visual. Usted debe comenzar ajustando el
estroboscopio para que la referencia este en la cabeza del eje. Al mover el sensor, es muy
fácil notar el cambio en la fase.
Utilizando las lectura de fase para diagnosticar un a condición de falla
En la segunda parte de este artículo, investigaremos cómo utilizar las lecturas de fase para
diagnosticar condiciones de defecto. Podemos hacer esto de una manera muy sencilla,
comparando las lecturas entre dos ejes o dos puntos en la máquina (utilizando un esquema
de burbuja para hacerlo más fácil para dar seguimiento a las lecturas), o podemos utilizar
un software más sofisticado para animar el movimiento de la máquina y la estructura.
Sea suficiente para decir que las lecturas de fase nos permiten comprender el movimiento
relativo de la máquina. Investigamos si dos puntos están en-fases, 90° fuera de fase, 180°
fuera de fase, o de alguna otra relación. Los dos puntos comparados pueden ser dos puntos
a ambos lados de los coples, dos puntos ya sea al extremo de un componente, o entre dos
ejes (por ejemplo horizontal y vertical) en la misma ubicación.
La fase es un gran instrumento de diagnóstico, y si usted tiene un recolector de datos de
doble-canal o un estroboscopio, es muy fácil de adquirir e interpretar las lecturas.
A continuación discutiremos cómo las lecturas de fase pueden ser utilizadas para ayudarlo a
diagnosticar una gran variedad de condiciones de defectos. Mientras formas de ondas de
espectro y tiempo pueden proporcionar una indicación de una condición de defecto,
bastante a menudo las lecturas de fase lo pueden ayudar a confirmar la naturaleza exacta de
la condición ayudándolo a distinguir las diferentes condiciones que tienen pautas
semejantes de vibración.
Vista General Rápida
Reuniendo lecturas de fase en puntos diferentes en la máquina podemos determinar si esta
balanceada correctamente; si los ejes o las poleas están alineados correctamente; si los
cojinetes son montados en el eje; si hay excentricidad; si un eje esta doblado; si una pata
esta agrietada o floja; y más. Nosotros también podemos utilizar las lecturas de fase para
proporcionar una indicación de una condición de resonancia.
La corrección de estos problemas mejorará mucho la confiabilidad de la máquina;
extendiendo su vida, y a veces, produciendo productos de mayor calidad. Perder el
diagnóstico últimamente reducirá la capacidad de sus utilidades. Y mal diagnosticar la
condición le hará perder tiempo, trabajo, partes, y un aumento del tiempo de inactividad.
Lecturas Relativas de Fase
Utilizamos las lecturas relativas de fase para diagnosticar condiciones de defecto. No
tomamos en cuenta la lectura actual que está encima del motor; sólo nos interesa en cómo
se compara a la lectura en el lateral del motor y la lectura en el otro extremo del motor. Si
están en-fase, eso nos dice algo. Si hay una diferencia de 90° (aproximadamente), entonces
eso nos dice algo. Y si la diferencia entre las lecturas es algo más juntas, por ejemplo 132°,
entonces eso también nos proporciona información útil.
Podemos hacer esto tomando lecturas de fase en cada una de las ubicaciones clave en la
máquina relativas a una referencia (típicamente el tacómetro), y comparar las lecturas entre
cada uno de los puntos. Mejor todavía, con un recolector de datos de dos canales podemos
realizar medidas relativas entre cada uno de los puntos y registrar simplemente la
diferencia. Dependiendo de lo que sospechamos, compararemos las lecturas en la dirección
vertical, horizontal y/o axial.
Vera, lo que analizamos realmente es el movimiento dinámico de la máquina. Las fuerzas
debido al desbalance de masa causan que la máquina se mueva de una cierta manera. Un
eje desalineado causa que una máquina se mueva de una manera diferente. Lo mismo es
verdad para varias otras condiciones. Así que utilizamos fase para detectar los movimientos
reveladores. (También vale la pena comentar que algunos defectos no generan fuerzas
típicas. Así, las lecturas de fase no proporcionan una imagen clara del movimiento
dinámico de la máquina – sin embargo esto, de por sí, también proporciona un indicio a la
naturaleza de la condición).
Representando Fase
En vez de registrar las lecturas de fase numéricamente, las podemos registrar visualmente.
Puede ser difícil mirar una serie de números e interpretar el movimiento de la máquina. Sin
embargo el utilizar símbolos gráficos, hace esta tarea más fácil.
Podemos hacer esto dibujando un círculo y una línea en el ángulo deseado. Entonces es
fácil determinar rápidamente el ángulo con una mirada rápida, como se muestra en la figura
1. Ni siquiera necesita anotar el ángulo de fase - usted acaba de dibujar las líneas; ya sea
dentro o fuera del círculo, como es mostrado en la Figura 2. Usted puede ver fácilmente que
estas dos lecturas están desfasadas 180°. (A menudo el ángulo es escrito encima de la línea
horizontal y la amplitud es escrita debajo de la línea, o visa versa).
Estos datos pueden ser utilizados de varias maneras, pero un método común es llamado el
esquema de burbuja (desarrollado por Ralph T. Buscarello), como es ilustrado en la Figura
3. Usted puede tomar lecturas alrededor de la máquina e ingresarlos en el esquema,
agregando las líneas según el ángulo.
Precauciones al utilizar datos de Fase
Debe tener cuidado al comparar lecturas de fase tomadas en los extremos opuestos de una
máquina, o al comparar lecturas de fase tomadas a través de un cople. Las lecturas de la
fase son sensibles a la dirección. Por lo tanto usted tiene que agregar 180° a sus lecturas si
el acelerómetro es girado 180°.
También debe conocer la convención de fase utilizada por su recolector de datos. La figura
4 ilustra uno de tal convención.
También note que cuando hablamos de las relaciones de fase entre ciertos puntos de una
máquina, yo puedo citar que las lecturas de fase Figura 2 – métodos Alternativos para
demostrar gráficamente lecturas de fase. Debe ser en-fase, 90° o 180° desfasado. Estos son
valores aproximados. Las lecturas verdaderas pueden estar hasta 30° más alto o más bajo y
la regla permanece. Por ejemplo, si la diferencia entre dos lecturas estuvo entre 150° y
210°, entonces usted puede considerar las lecturas que estén 180° fuera de fase.
También, si la diferencia entre dos lecturas es aproximadamente 270°, entonces es equivale
a un diferencia de fase de 90°. Igualmente la diferencia de fase de -180° equivale a una
diferencia de fase180°. Todo depende de la dirección de rotación, la configuración del
recolector de datos, y de la convención utilizada por el recolector de datos.
Diagnosticando condiciones de Falla con Fase
Está más allá del alcance de este artículo explicar completamente todas las relaciones de
amplitud y fase que pueden ser hechas para diagnosticar todas las condiciones de defecto, o
mostrar los ejemplos de esquemas de burbuja – para eso son los cursos de capacitación.
Utilizaremos una máquina de muestra, mostrada en la Figura 5, para ver cómo las lecturas
de fase nos pueden ayudar a diagnosticar condiciones de falla.
Podemos tomar varias medidas para comprender el movimiento de la máquina. Podemos
tomar lecturas vertical y horizontalmente en cada extremo del componente. Podemos
comparar la amplitud y la fase de vertical contra horizontal; podemos comparar las lecturas
verticales en ambos extremos del componente, y podemos comparar las lecturas
horizontales en ambos extremos del componente. Para máquinas acopladas, también
podemos tomar lecturas de fase a ambos lados del acoplado y comparar las lecturas.
Las lecturas axiales son también muy importantes. En vez de una sola lectura, podemos
tomar lecturas a ambos lados del eje; comparar el lado izquierdo al lado derecho, y
comparar las lecturas de la parte superior con la parte inferior. Y otra vez podemos
comparar lecturas axiales tomadas en cualquier lado del acoplamiento (por ejemplo en el
motor y en la bomba).
Usted quizás reúna rutinariamente una sola lectura axial de vibración, pero cuando usted
reúne lecturas de fase, es importante reunir dos lecturas axiales, y en ciertos casos que
discutiremos más adelante, usted puede reunir aún cuatro lecturas. Debido al acceso
restringido, debido a asuntos de seguridad, y debido a la construcción de la máquina, a
veces usted sólo puede tomar medidas axiales en un extremo de la máquina.
Diagnosticando Desbalance
Aunque considerado por algunos de ser el defecto más común y más sencillo de
diagnosticar, es realmente bastante fácil de confundir el desbalance con otras condiciones
de defecto. Si usted encuentra que un pico alto 1X y asume que necesita ser balanceado,
podría estar equivocado – y generar mucho trabajo innecesario - y todavía no corregir el
defecto.
Necesitamos volver y estudiar el movimiento de un rotor cuando no es balanceado
correctamente. Si usted comprende el movimiento fundamental podrá utilizar los datos de
fase para demostrar que el rotor de hecho esta desbalanceado, y existen otras posibilidades.
Ahora revisaremos rápidamente las diferentes formas de desbalance, y después ver cómo
podemos analizar las lecturas de extremo a extremo de fase y las lecturas de fase de vertical
a horizontal (valores relativos de amplitud son también muy útiles, pero eso es para otro
artículo).
Desbalance estático - El tipo más sencillo de desbalance equivale a un lugar pesado en un
solo punto en el rotor. Esto es llamado un desbalance estático porque aparecerá incluso si el
rotor no gira - si es colocado en cojinetes antifricción el rotor girará por lo que el lugar
pesado estará en la posición más baja. Esperaríamos que el movimiento en los dos extremos
del componente estarían en-fase (eso es, las dos lecturas verticales estarían en fase, y las
dos lecturas horizontales estarían en fase). Debido al movimiento circular, nosotros también
esperaríamos que el ángulo de fase entre el eje vertical y el horizontal sería de
aproximadamente de 90°, como es ilustrado en la Figura 6.
Desbalance de acople - Un rotor con desbalance de acople puede estar balanceado
estáticamente (puede parecer balanceado perfectamente si es colocado en cojinetes anti
fricción), pero cuando gira, producirá fuerzas centrífugas en los cojinetes, y estarán
opuestos a fase. Por lo tanto el ángulo de fase entre dos lecturas verticales (tomadas de cada
extremo del componente) será semejante al ángulo de la fase entre las dos lecturas
horizontales; aproximadamente 180°, como es ilustrado en la Figura 7.
Desbalance Dinámico - En la realidad la cantidad de desbalance no puede ser distribuida
uniformemente por el rotor (a menos que sea un rotor muy estrecho o un ventilador axial,
que en este caso se aproximará a desbalance estático). Podríamos tener una combinación de
desbalance estático y de desbalance de acople, como es ilustrado en la Figura 8. Esta
combinación es llamada Desbalance dinámico.
Las Máquinas verticales y las Máquinas Sobresalidas - las lecturas de Fase también nos
pueden ayudar a diagnosticar desbalance en ambas máquinas verticales y sobresalidas.
Las máquinas verticales, como bombas verticales, son generalmente voladizas de su base, y
muestran generalmente niveles máximos de vibración (en la velocidad operacional) en el
extremo libre del motor sin importar cuál componente está realmente desbalanceado. Las
lecturas de fase recolectadas por la máquina deben ser en-fase. A causa del movimiento
circular que resulta del desbalance, las lecturas de fase tomadas 90° alrededor de las
medidas de referencia deben ser 90° más alto o más bajo; dependiendo de la dirección de
rotación.
La dinámica de una máquina sobresalida es bastante diferente; por lo tanto nuestro estudio
de niveles relativos de vibración y lecturas de fase es bastante diferente. Las bombas y los
ventiladores sobresalidos son comunes en la industria así que usted debe examinar la
máquina para asegurarse de que sabe si un componente esta sobresalido o apoyado en
ambos lados por cojinetes.
Las lecturas de fase serán en-fases en la dirección axial, como es mostrado en la Figura 9.
A causa del movimiento que dobla habrá entre 0° y 180° de diferencia entre las dos lecturas
horizontales e igualmente entre las lecturas verticales. La diferencia de la fase entre las
lecturas verticales será semejante a la diferencia de la fase entre las dos lecturas
horizontales. Y, a causa del movimiento circular, habrá aproximadamente 90° entre las
lecturas verticales y las horizontales.
Desalineación
La desalineación es muy común. Sin embargo, puede ser difícil de detectar con solo el
espectro de vibración. La desalineación puede ser confundida fácilmente con otras
condiciones de falla, incluyendo desbalance y holgura. El análisis de fase es una gran
ayuda.
Cuándo una máquina esta desalineada hay fuerzas típicas en juego en proporción al grado
de desviación y ángulo entre las líneas centrales giratorias de los ejes. Estas fuerzas son
muy diferentes a aquellas observadas cuando una máquina está mal balanceada; por lo tanto
las relaciones de fase son bastante diferentes. Si usted sospecha de desbalance o
desalineación, y realiza las pruebas descritas en la sección anterior y encuentra que no se
cumplen las reglas (por ejemplo, el ángulo de fase entre los ejes verticales y horizontales no
está entre 110° y 70°), entonces existe una gran probabilidad de que la máquina este
desalineada.
1). La relación de la fase entre las lecturas verticales y horizontales tomadas en el extremo
de la máquina no seguirá las reglas que describimos a cerca del desbalance. Debido al
movimiento creado con angular y desalineación de desviación, y el efecto de que diferentes
tipos de coples tendrán en ese movimiento, el ángulo de fase entre los extremos de la
máquina no será consecuente en las direcciones verticales y horizontales.
2). Si una máquina esta desalineada, no esperaríamos ver 90° diferencia entre las lecturas
verticales y horizontales tomadas en el mismo cojinete. En vez de esto es probable que
estén más cerca a 0° o 180°.
Cuándo hay una desalineación angular fuerte que usted esperaría que las lecturas de fase
fueran de 180 fuera de fase a través del cople.
Cuándo usted compara las lecturas de fase de cada lado del eje (por ejemplo a la izquierda
y lado derecho del eje, en la cara del componente), las cosas se pueden poner un poco
interesante. Si las lecturas a través del cople (de un componente de máquina a otro)
deberían estar fuera de fase, entonces usted esperaría una relación coherente de fase
alrededor del eje – para mantener la relación de cruz-cople. Sin embargo, a causa del tipo
de cople, el diseño de los dos componentes de la máquina, y del balance actual de la
desviación de la desalineación y de la desalineación angular, las lecturas de fase le pueden
sorprender. En un componente las lecturas pueden ser en-fases, pero en el pueden estar
fuera de fase.
Excentricidad
La excentricidad ocurre cuando el centro de rotación esta desplazado de la línea central
geométrica de una roldana (polea), engranaje, cojinete, o rotor. La vibración más alta estará
en el eje de la banda, así que las medidas deben ser tomadas en esta dirección, como es
mostrado en la Figura 13. Habrá una diferencia de fase entre la medida tomada en el eje de
la banda y en los ángulos derechos a esa dirección de 0° o 180°. Note que no tomamos
medidas de fase en las direcciones verdaderas, verticales y horizontales. Tomamos una
medida de acuerdo con las bandas, y las otras en el ángulo derecho a esta dirección.
Eje doblado
Un eje doblado causa predominantemente alta vibración axial de 1X. La vibración
dominante es normalmente de 1X si la curva está cerca del centro del eje. Sin embargo,
usted verá vibración 2X si la curva está más cerca al cople. Las medidas verticales y
horizontales también a menudo revelarán picos en 1X y 2X, sin embargo la clave es la
medida axial. La fase es una buena prueba para diagnosticar un eje doblado. La fase en 1X
medida en las direcciones axiales en extremos opuestos del componente estará desfasada
180°.
También es posible tomar lectura de fase alrededor del eje – en ambos lados del eje, y
arriba y abajo, como es ilustrado en la Figura 14. Esperamos que todas las lecturas estén en
fase.
Cojinete Montado
Un cojinete montado, que es realmente una forma de desalineación, generará vibración
axial considerable que puede ser confundida con desalineación y otras condiciones.
Hay realmente dos formas posibles de cojinete montado. Si la carrera exterior del cojinete
es montada, las lecturas axiales de fase indicarán una diferencia de 180° de un lado del eje
al otro. Sin embargo, todo depende de cómo está montado. La diferencia de 180° puede ser
vista del lado izquierdo a la derecha o puede ser vista de la parte superior a la inferior pero
no ambas.
Si la carrera interior está montada en el eje, entonces el cojinete parecerá que “tambalea”
cuando gira, generando una diferencia de fase de rotación de 180°. Habrá una diferencia de
90° mientras se mueve de la parte superior a la derecha a la parte inferior, a la izquierda (o
12:00 a 3:00 a 6:00 a 9:00). Las relaciones de la fase son ilustradas en la Figura 15.
Holgura
El análisis de fase también puede ser utilizado para ayudar a identificar problemas de
holgura y de la base – pero en una manera ligeramente diferente. Primero, porque la
holgura de rotación implica un pico 1X y la harmónicos, pueden, a veces, ser confundidos
con desalineación e incluso con eje doblado y cojinete montado. Sin embargo, las lecturas
de fase no seguirán las reglas que hemos discutido hasta ahora, y serán de naturaleza
aleatoria (errática). Así que esto le puede ayudar a distinguir entre las dos condiciones de
defecto.
En el caso de la holgura estructural, donde hay un problema con la base, la fase puede ser
utilizada en dos maneras. Primero, si los niveles de vibración son lo suficientemente altos,
la máquina se puede mecer de atrás hacia adelante. Las lecturas de fase tomadas en la
dirección horizontal podrían estar en fase, pero a diferencia del desbalance, no habrá una
diferencia de 90º de fase entre vertical y horizontal.
Si hay una grieta en la base o un perno flojo, usted puede vigilar la fase mientras mueve el
acelerómetro de un punto a otro. Cuándo el acelerómetro de mueve a través de la grieta o
de la holgura, el ángulo de fase cambiará aproximadamente 180º.
Conclusión
Espero que usted ahora tenga un interés nuevo o renovado en, y respeto para, el análisis de
fase. Como hemos visto, la fase es un instrumento poderoso que puede ayudarlo a
diagnosticar positivamente una gran variedad de condiciones de defecto. Y, si usted tiene
un recolector de datos de dos canales, las lecturas de fase no son difíciles de reunir. Yo le
recomiendo comenzar a utilizar el análisis de fase hoy mismo!