Conceptos Básicos de

Vibraciones

¿Qué es Vibración?

Movimiento Movimiento oscilatorio de un oscilatorio de un cuerpo en reposo cuerpo en reposo producido por una producido por una fuerza externafuerza externa

Para Cada Acción …Si no existe Fuerza => No existe Movimiento.

Amplitud = Fuerza/Resistencia

Existen 3 tipos básicos de fuerzas:

• Impacto - partes sueltas, elementos rodantes impactándose en las pistas.

• Periódico - fuerzas repetitivas, tales como desbalance o desalineación.

• Aleatorio - Varia con el tiempo, por ejemplo, turbulencia en tuberías, cavitacion en bombas. Tambie el ajuste de rodamiento produce comúnmente fuerzas aleatorias.

Sistema Oscilatorio Masa - Resorte

m

m

RESORTE

m asa

m

mm

RESORTE

m asa

Posición Superior

Posición Neutra

Posición Inferior

Un ciclo

Amplitud

Tiempo

Movimiento con respecto al tiempo

fuerza

Señal en el Dominio del Tiempo : Amplitud

Pico

Pico-Pico

tiempo

0

Amplitud

RMS

Frecuencia y Periodo

1 sec

Un Ciclo

tiempo

Periodo

0

F= 1/T

Periodo = Tiempo de un ciclo, seg.

Frecuencia = No de ciclos en una determinado unidad de tiempo.

Hertz – RPM - CPM

1 Hertz =60ciclos/min=60cpm=3600cps

Escala de Factores

Cuando se comparan las señales de vibración global, es importante que estas sean medidas en el mismo rango de frecuencias y con la misma escala de factores.

Peak to PeakPeak

RMS

Medición de Vibración en RMS

El área bajo la curva resultante se promedia hasta un valor medio, este nivel es proporcional al valor RMS (Rooth Mean Square)

Tabla de Conversión

1,0000,9000,6360,318PROMEDIO

1,1111,0000,7070,354VALOR EFECTIVO

1,5711,4141,0000,500VALOR DE CRESTA

3,1422,8282,0001,000VALOR DE CRESTA A CRESTA

PROMEDIOVALOR EFECTIVO

CRESTACRESTA A CRESTA

MULTIPLICAR LA CANTIDAD DE

PARA OBTENER

LIMITE SUPERIOR

PUNTO NEUTRO

LIMITE INFERIOR

VALOR EFEVTIVO

MOVIMIENTO SINUSOIDAL

PROMEDIO

RMS

CRESTA CRESTA A

CRESTA

PICO

¿Desplazamiento, Velocidad, Aceleración?

Tiempo

Máxima aceleración

Mínima velocidad

m

m

RESORTE

m asa

m

mm

RESORTE

m asa

Posición Superior

Posición Neutra

Posición Inferior

Un ciclo

Amplitud

Tipos de Medición de Vibración

Desplazamiento: Cambio en distancia o posición de un objeto relativo a una referencia.

Velocidad: Variación del desplazamiento con respecto del tiempo.

Aceleración: Variación de la velocidad con respecto al tiempo.

0º 90º 180º 270º 360ºAcceleration Velocity Displacement

Tiempo

Unidades de Medición de Vibración

Desplazamiento Posición de un objeto relativo a una referencia.

mils o micras (μm)

Velocidad La variación del desplazamiento con respecto del tiempo

Plg/seg o mm/sec

Aceleración Es la variación de la velocidad con respecto al tiempo

G’s o pies/sec2 or m/sec2

Respuesta en Frecuencia

Frecuencia (Hz)10 100 1,000 10,000

0.1

1.0

10

0.01

100

Desplazamiento(mils) Aceleración

(g´s)

Velocidad (in/sec)

Rango de Operación

de Maquinas

Amplitud

Formulas de Conversión

Ingles Métrico

D=(19100*V)/F

D=(2.06x10exp 10* A)/F2

D=(19100*V)/F

D=(6.97x10 Exp 11* A)/F

V= DF/19100

V=(1.4x10 Exp 6* A)/F

V= DF/19100

V=(36.4 x 10 Exp 6* A)/F

A=DF2/2.06 x10 Exp 10

A=VF/1.4 x10 Exp 6

A= DF2/6.97 x10Exp 11

A=VF/36.4 x10Exp 6

A = Aceleracción (in/seg2 Pk)

V = Velocidad (in/seg Pk)

D = Desplazamiento (mils Pk.Pk)

F = Frecuencia (CPM)

A = Aceleración (g´s Pk)

V = Velocidad (mm/seg Pk)

D = Desplazamiento (micrones Pk-Pk)

F = Frecuencia (CPM)

Combinación de Fuentes

Señal Compleja en Tiempo Real

La suma de varias señales de vibración Individuales forman una señal compleja en el dominio del tiempo.

Frecuencia de Engranes

Amplitud

Tiempo

Desbalance

Rodamientos

timeLow fre

q. frequency

High freq.

Caja de EngranesMotor Eléctrico

FFTFFT

Vibración Global

La energía total de vibración medida en un rango de frecuencias especifico.

Presenta un valor numérico.

Grafica de Severidad

Tabla de Severidad ISO 10816-1

ISO 10816-1 Directriz de la vibración global de la velocidad.

Clasificación de la maquinaria según ISO

Clase I: Maquinas pequeñas (0-20 HP)

Clase II: Maquinas de tamaño medio (20-100 HP) sin cimentaciones especiales, equipo hasta 400 HP en cimentaciones especiales.

Clase III: maquinas grandes (mas de 400 HP) con elementos rotatorios, montadas en cimentaciones rígidas y pesadas que no son sensibles a la vibración en la dirección de las lecturas.

Clase IV: Maquinas grandes con elementos rotatorios, montadas en cimentaciones que son sensibles a la vibración en la dirección de las lecturas (por ejemplo, turbogeneradores, turbinas de gas con salidas mayores a 10 MW)

Tabla de Severidad Técnicos Asociados de Charlotte

12345

ALARM 1 ALARM 2COOLING TOWER DRIVE

Long Hollow Drive Shaft 0 - 0.375 0.375 - 0.600 0.600 0.900Close Coupled Belt Drive 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.650Close Coupled Direct Drive 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450

COMPRESSORSReciprocating 0 - 0.325 0.325 - 0.500 0.500 0.750Rotary Screw 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.650Centrifugsl with or W/O External Gearbox 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Centrifugal- Integral Gear (Axial Meas.) 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Centrifugal- Integral Gear (Radial Meas.) 0 - 0.150 0.150 - 0.250 0.250 0.375

BLOWERS (FANS)Lobe - Type Rotary 0 - 0.300 0.300 - 0.450 0.450 0.675Belt - Driven Blowers 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.650General Direct Drive Fans (with coupling) 0 - 0.250 0.250 - 0.375 0.375 0.550Primary Air Fans 0 - 0.250 0.250 - 0.375 0.375 0.550Large Forced Draft Fans 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Large Induced Draft Fans 0 - 0.175 0.175 - 0.275 0.275 0.400Shaft - Mounted Integral Fan (Extended Motor Shaft) 0 - 0.175 0.175 - 0.275 0.275 0.400Vane - Axial Fans 0 - 0.150 0.150 - 0.250 0.250 0.375

MOTOR / GENERADORImpulsados por Bandas 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.675De acoplamiento Directo 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450

ENFRIADORESDe movimiento Alternativo 0 - 0.250 0.250 - 0.400 0.400 0.600Centrifugo al (aire libre) Separación de Compresor y Motor0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Centrifugo (Hermetico) con motor y rueda motriz interna0 - 0.150 0.150 - 0.225 0.225 0.350

TURBOGENERADORES GRANDESTurbogeneradores de 3,600 rpm 0 - 0.175 0.175 - 0.275 0.275 0.400Turbogeneradores de 1,800 rpm 0 - 0.150 0.150 - 0.225 0.225 0.350

BOMBAS CENTRIFUGASBombas Verticales ( 12' - 20' de altura ) 0 - 0.375 0.375 - 0.600 0.600 0.900Bombas Verticales ( 8' - 12' de altura ) 0 - 0.325 0.325 - 0.500 0.500 0.750Bombas Verticales ( 5' - 8' de altura ) 0 - 0.250 0.250 - 0.400 0.400 0.600Bombas Verticales ( 0' - 5' de altura ) 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Bombas Horizontales de uso general y acoplamiento directo0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Bombas de Alimentación para calderas 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Bombas Hidraulica 0 - 0.125 0.125 - 0.200 0.200 0.300

MAQUINAS -HERRAMIENTASMotor 0 - 0.100 0.100 - 0.175 0.175 0.250Entrada de la caja de engranes 0 - 0.150 0.150 - 0.225 0.225 0.350Salida de la caja de engranes 0 - 0.100 0.100 - 0.175 0.175 0.250Husilloa) Operaciones de desbastamiento 0 - 0.075 0.075 - 0.125 0.125 0.175b) Acabado 0 - 0.050 0.050 - 0.075 0.075 0.115c) Maquinado Crítico 0 - 0.030 0.030 - 0.050 0.050 0.075

MACHINE TYPE GOOD FAIR

Planos de Medición

Radial Vertical Horizontal

Axial

La Información Faltante!- Fase

La frecuencia de la vibración indica la fuente potencial del problema

- además “que tan frecuente” el problema se repite por si mismo.

La amplitud de la vibración indica la severidad del problema.

La fase indica como la maquina se esta moviendo.

Fase

Es la relación de el movimiento de una parte de la maquina con respecto a una referencia- por ejemplo la posición del eje cuando esta girando.

La relación de el movimiento entre uno o mas puntos en una maquina.

Fase

Movimiento en fase

Movimiento fuera de fase

Fase

Fase

Una vez que se conoce “como” la maquina se esta moviendo, se sabe PORQUE!

La amplitud y la frecuencia ofrece el 80% de precisión en el diagnostico o análisis- utilizando la información de fase se mejora la precisión hasta en un 95%.

Análisis Espectral

Varias Fuentes …

Aun en maquinas simples se produce vibración derivada de muchas fuentes.

Muchas de ellas no se presentan a la velocidad de operación, pero si a sus múltiplos superiores o inferiores de la velocidad de operación.

Algunas no se relacionan con la velocidad de operación.

… Vibración a distintas frecuencias

Cada fuente produce se propia y única frecuencia o patrón de frecuencias.

Si se conoce la maquina, se conocen las frecuencias que esta produce.

1/3 del análisis de vibración consiste en conocer las frecuencias y fuentes que las generan.

2/3 del análisis de vibración se basa en el conocimiento de la historia de la maquina.

Combinación de Fuentes

Desbalance

Vel. SalidaFrecuencia de Engranes

Holgura

Extracción de Frecuencias

Amplitud

Tiempo

tiempoBaja Frec.

Frec. Media

Alta Frec.

Amplitud

Frecuencia

FFTFFT

Frecuencia de Engranes

Desbalance

Rodamientos

Caja de EngranesMotor Eléctrico

Señal Compleja en Tiempo Real

Análisis de Espectros FFT

Dominio delTiempo Dominio de la

Frecuencia

Amplitud

Forma deOnda Compleja

Formas de Onda Simples

TMAX

FMAX

1X1X3X3X

5X5X

9X9X

Técnicas del Análisis Espectral

Colectar información útil

Incrementador (frecuencias de engranaje)

Técnicas del Análisis Espectral

Armónicas

Reconocimiento del Espectro Patrón

Reconocimiento del Espectro Patrón

Frecuencias Subsincronas, < 1XRPM

Reconocimiento del Espectro Patrón

Frecuencias Bajas >1XRPM hasta 10XRPM

Reconocimiento del Espectro Patrón

Armónicas Superiores >10x RPM

Ejemplos de Espectros

Colección de datos en una maquina sin problemas.

Frecuencia de vibración a significativamente mayor que lo normal.

Indica una señal de vibración que ocurre por cada una revolución del eje.

Normalmente causado por presencia de desalineación o desbalance.

Frecuencia a 1x mayor que lo normal, acompañado de frecuencias correspondientes a los rodamientos, indicando daño en ellos.

Monitoreo Multi-Parámetro

En un mismo alojamiento, eventos a bajas frecuencias (desbalance, desalineación, etc.) se muestran mejor en el espectro de velocidad; mientras que eventos a altas frecuencias (fallas en rodamientos, engranajes) se muestran mejor en el espectro de aceleración o envolvente.

Espectro de Velocidad Espectro de Aceleración

Espectro Envolvente

Bandas Laterales

Espectros de Fallas Comúnes

DESBALANCE

La característica principal del desbalance es que se refleja un pico a la frecuencia de giro del motor

Espectros de Fallas Comúnes

DESALINEACION

El pico a 2 X RPM la velocidad de giro representa desalineación entre flechas

Espectros de Fallas Comúnes

Rodamiento NU316 Dañado

Elementos rodantes con daños severos en rodamiento NU316

Espectros de Fallas Comúnes

Espectro típico de una Bomba Hidráulica

Observe la frecuencia de paso de alabes y multiples caracteristica de una bomba

volute

Espectros de Fallas Comúnes

Espectro de Problemas Electricos

Observe el pico a 2 X la Frec de Linea Eléctrica = 7,200 RPM ESTO REPRESENTA UNA EXCENTRICIDAD EN EL ROTOR DEL MOTOR

CASOS REALES

Mantenimiento Basado en la Condición de la Maquinaria

Mantenimiento Basado en la Condición de la Maquinaria

Mantenimiento Basados en la Condición de la Maquinaria

Parámetros basados en la condición:

Vibración. Temperaturas del rodamiento, termografía. Variables del Proceso-flujo, presión, etc. Condición del lubricante. Calidad del producto. Corriente del motor. Medición ultrasónica de espesores.

Problemas detectados mediante Análisis de Vibraciones

Desalineación y desbalance. Flexiones permanentes. Fisuras en estructuras. Rozamientos. Deterioro o defectos en

rodamientos, y engranes Resonancias y vibraciones

inducidas. Vibración en cimentaciones,

estructuras y soportes. Vibración inducida por flujo. Problemas en motores eléctricos. Problemas de lubricación.

Modelo Ideal Basado en la Condición

Identificar un problema potencial.

Verificar el problema- diagnostico y análisis.

Identificar causa raíz (de requerirlo). Rodamiento

AcelerómetroAlojamiento del

Rodamiento

Ordenar actividad correctiva para solucionar el problema y dirigir la causa raíz.

Verificar la corrección y ajustar los limites de aceptación, ya sea hacia arriba o hacia abajo.

Ciclo de Mantenimiento Basado en la Condición de la Maquinaria

Reparación de la maquinariaReparación de la maquinaria

Programa parareparación

Programa parareparación Análisis del

Problema

Análisis del Problema

Monitoreo Continuo

Monitoreo Continuo

Ajuste de línea base, configuración de alarmas

y verificación de corrección

Ajuste de línea base, configuración de alarmas

y verificación de corrección

NO

inicioinicio

alarma excedid

a

alarma excedid

a

SI

Los Cuatro Pasos Básicos

Detección

Análisis

Verificación

Corrección

Detección

Monitoreo de un Motor de Corriente Directa

Problema Detectado: Daño en Rodamientos

Valores arriba de alarmas

Análisis

Se analiza el espectro de vibración, se detecta daño en la pista exterior del rodamiento.

Cascada

MOTOR3/1HE3

Espectro

MOTOR3/1HE,HE3

AnálisisSe realiza Análisis de Falla para detectar la causa de la falla.

El resultado y diagnostico es: Daño en Pista Exterior por Paso de corriente .

Se analizan las posibles soluciones al problema para evitar repetición del problema:

- Rodamiento con recubrimiento

de oxido de aluminio.

- Rodamiento cerámico.

Corrección

1. Se determina montar un rodamiento con recubrimiento de oxido de aluminio y así evitar el paso de corriente.

2. Se monta el rodamiento con un calentador de inducción.

3. Se calienta la tapa para evitar que dañe el recubrimiento de oxido de aluminio al momento de montar.

Verificación

+ Se monitorea el equipo durante los primeros días de operación para verificar niveles de vibración del equipo.

+ Se ajustan las alarmas de ser necesario.

Paro

Redefinir Alarmas para evitar daños.

Det

erio

ro

Tiempo

Lead Time

Decisiones en la Condición de Monitoreo

¿Qué maquinas se van a monitorear?

¿Qué mediciones se van a montar?

¿Con que tipo de instrumentos se debe monitorear?

¿Con que frecuencia se deben realizar las mediciones?

¿Qué maquinas se van a monitorear?

Maquina problemática.?

Afecta en la Producción.?

Alta Probabilidad de falla.?

Seguridad del personal.?

Clasificación de la Maquinaria

Definir la frecuencia de monitoreo en base a la critiadad del equipo.

Critica.- Detiene el proceso de producción a un alto costo y la reparación requiere una alta inversión de recursos; además de afectar la calidad del producto y de que sus partes o componentes tardan en ser suministrados.

Semi-critica.- Parar parcialmente la producción o que se tenga la necesidad de trabajar a una capacidad inferior a la nominal, la cual puede impactar a la producción parcialmente.

No Critica.- No tiene un alto impacto en la producción al momento de efectuarse algún para, referente a los costos de reparación son aquellos que relativamente no impactan al presupuesto del área.

¿Qué mediciones se van a tomar?

Desplazamiento

Velocidad

Aceleración

Envolvente

¿Qué tipo de instrumentos se van a utilizar?

a) – Sistemas de protección.

b) - Monitoreo en línea.

c) - Sistemas de Vigilancia Portátiles.

¿Con que frecuencia se debe Realizar en Monitoreo?

- Historial de fallas del equipo.

- Progreso rápido hacia la falla catastrófica.

- Mensual

- Bimestral

- Trimestral

- Semestral

Especificaciones Industriales

Generación de Energía

• Comúnmente sistemas de Protección.

• No en todas las maquinas pero si una parte integral de ella.

• Realizar monitoreo de vibración en el arranque y operación de la maquinaria.

Pulpa y Papel

• Comúnmente monitoreo en Línea (On-line)

• Monitoreo en Línea para el control de la calidad.

• Además se necesitan sistemas de proyección.

Petroquímica

• Comúnmente monitoreo en Línea.