ANALISIS VIBRACIONAL

El análisis de vibraciones consiste en el estudio del tipo la propagación de ondas elásticas en un material homogéneo y la determinación de los efectos producidos y el modo de propagación. Las vibraciones pueden ser medidas y caracterizadas midiendo la oscilación o desplazamiento alternante de ciertos puntos al paso de una onda elástica.

El análisis de vibracional predice problemas mecánicos críticos hacia el futuro.

Los equipos utilizados en la recolección de datos y el análisis vibracional, pertenecen a la tecnología más moderna y avanzada que existe en la actualidad de la marca Computational Systems Incorporated - CSI referencias A2130A2 y ULTRASPEC 8000. Para realizar el análisis de la información y la obtención de los reportes se utiliza el programa View Platinum del AMS MACHINERY MANAGER.

EQUIPOS ANALISIS DE VIBRACIONES CSI 2130

IME en su afán de prestar un servicio integral a sus clientes en la parte de mantenimiento predictivo de máquinas rotatorias, ha adquirido recientemente un equipo colector de datos de última tecnología. El modelo 2130 RBM-MACHINERY HEALTH MANAGER de CSI es el instrumento portátil del nuevo milenio, un equipo analizador y colector de datos FFT de última generación con dos canales, compatible con el software de aplicación RBM ware v4.91 para Mantenimiento Predictivo. El diseño multiprocesador permite que la adquisición de datos se realice con hardware dedicado, lo cual garantiza la fiabilidad y estabilidad que ha caracterizado a los equipos de CSI durante los últimos 15 años.

El modelo 2130 destaca entre sus principales características por su increíble ergonomía, velocidad de proceso y capacidad de análisis e incluye funciones de análisis experto con inteligencia para diagnóstico automático.

El modelo 2130 cuenta con un firmware de modo análisis, modo de ruta y de balanceo dinámico en sitio. Además cuenta con la técnica de análisis Peak Vue para detección de fallas en engranajes y rodamientos.

EQUIPO ULTRASPEC 8000

IME cuenta con el equipo Analizador e vibraciones CSI, que usa el software de análisis ULTRAPLOT y el ULTRAMANAGER. Este equipo permite realizar el análisis de vibraciones de motores y generadores

determinando su condición dinámica de funcionamiento y detectando la causa de la vibración. También se usa para realizar el balanceo de motores y generadores y en sitio.

La energía vibracional que causa esfuerzos en las máquinas es mejor expresada en términos de "Velocidad" (mm/s o in/s). Un valor determinado de "Velocidad de vibración" refleja esfuerzos similares en máquinas de geometría similar y es independiente de la velocidad del motor.

Las medidas de la vibración mecánica para máquinas de corriente alterna (AC) y continua (DC) de mediana potencia construidas en frames 143 y mayores; de acuerdo a las normas NEMA MG1-1998, Part 7, no debe exceder una velocidad pico de vibración de 0.15 in/s

LIMITES DE VIBRACION

Límite de vibración (in/s)

TIPOS DE MAQUINA

0.15 Motores industriales estándar Motores para uso residencial o comecial

0.08

Motores de máquinas herramientas Motores medianos y grandes con

requerimientos especiales.

0.04

Motores con rueda para esmerilar Motores pequeños con requerimientos

especiales.

0.02 Motores con reuda esmeriladora y motores

con eje a ambos lados.

0.01 Motores de precisión con requerimientos

especiales.

Causas de vibración de los motores de inducción de 2 polos mediante análisis espectral:Las causas más comunes de vibración en los motores de inducción trifásicos y dos polos son las originadas por problemas dinámicos y magnéticos. Las primeras se aprecian mediante un espectro de frecuencias en el armónico fundamental de la velocidad de giro 50Hz (UE), y 60Hz (USA). Los problemas de origen magnéticos se detectan al doble de la frecuencia de alimentación en la componente de 100Hz y 120Hz respectivamente. Para motores alimentados con convertidor de frecuencia, este valor será siempre el doble de la frecuencia de la fundamental. En el ensayo siguiente de un motor alimentado a 150Hz la componente dinámica aparece a 150Hz y la magnética a 300Hz.

Las instalaciones rígidas de motores en bancadas producen una disminución significativa del nivel de vibraciones de origen dinámico o proveniente del giro del rotor y son máximas en estado de suspensión libre. En el espectro comparativo de un mismo motor fijado a bancada y suspendido se aprecia la variación de estas componentes de vibración.

Espectro comparativo de un mismo motor fijado a bancada y suspendido.La norma IEC 60034-14 establece valores máximos de vibración menores con el motor rígido a bancada que en estado libre o suspendido. Las causas de las vibraciones de origen dinámico son producidas por defectos másicos en el mismo rotor y del calaje de elementos mal equilibrados a este, como platos de acoplamiento y ventiladores para la refrigeración del motor. Conocidas las causas que provocan los problemas de vibraciones de origen dinámico se precisa especial atención al proceso de equilibrado de rotores y elementos de calaje a estos. Con tolerancias menores en el equilibrado actual se consigue reducir, aunque no eliminar, las vibraciones de origen dinámico producidas en el motor. Al contrario que las vibraciones de origen dinámico, las magnéticas son máximas en una instalación rígida del motor a la bancada y mínimas en estado libre de suspensión. Aunque pueda parecer que haya una relación entre ambas, las causas que las producen son totalmente diferentes. Las vibraciones de origen magnético se producen en motores donde la

densidad del campo magnético en la sección rotor-estator es mayor por existir zonas con mínimo entrehierro. En la Fig. 3 se ha utilizado un simulador de elementos finitos para visualizar la densidad del campo magnético a su paso por una zona de mínimo entrehierro en la sección rotor estator.

Sección rotor-estator donde la zona de mínimo entrehierro marcadaposee máxima densidad del campo magnético.

Se originan principalmente porexcentricidades del rotor con respectoal eje del estator, asimetrías de loselementos estructurales, deformacióndel estator, pandeo del rotor debido aun mal diseño del mismo y a laproximidad de la velocidad de giro a lafrecuencia natural de vibración del eje.El esfuerzo de la componentemagnética aumenta con el cuadrado dela densidad del campo magnético b según la ecuación:

Esquemáticamente se puederepresentar el vector normal de lafuerza magnética a un lado y otro de unmotor sin excentricidad del rotor y con excentricidad. Se obtendrían valores mayores en zonas de mínimo entrehierro y menores en las de mayor.

Sección con mínimo entrehierro a un lado de la sección rotor-estator provocando un esfuerzo no compensado.

Estas imperfecciones mecánicasconjuntadas con un gran valor desaturación de la máquina acentúan elaumento de las vibraciones de origenmagnético.Teniendo en cuenta las causas queincrementan la saturación magnética, mencionadas anteriormente, se haconseguido establecer ciertosparámetros en el diseño eléctrico demotores para reducirla, por ejemplo laintroducción de un nuevo estator demayor longitud permite una saturaciónmenor del motor y por lo tantoreducción de las vibraciones originadaspor defectos en los elementosmencionados.Con respecto a las bancadas se ha comprobado que la planicidad de estas ha de ser máxima para evitardeformaciones del estator durante lafijación rígida.En una instalación rígida a la bancadaaumentamos la masa del conjunto y elnivel de vibración total disminuye. Perosi la bancada carece de planicidad se está introduciendo una deformación enel motor debida a esfuerzos internos enla estructura y provocar falta deredondez en la sección del estator.Esta deformación se traduce despuésen un aumento del nivel de vibraciones por causas magnéticas. Se ha conseguido reducir los niveles devibración por problemas de planicidad de la base con la incorporación de víaslongitudinales entre el motor y la bancada componente magnética del motorAM280MV.

Espectro comparativo de un mismo motor rígido a la bancada y con vías longitudinales.

La influencia de la bancada en la estructura del motor, en el caso de vías longitudinales, ha sido mínima no creando apenas esfuerzos ni deformaciones en el estator.El caso más desfavorable se produce cuando la bancada del motor induce una deformación debida a deficiencias en la planicidad pero no aporta un aumento considerable de masa al conjunto motor-bancada.El fabricante de motores puede ahora establecer causas de elevada vibración a problemas de planicidad en las bancadas de la instalación en planta y que no son atribuibles a defectos de funcionamiento de sus máquinas.

La actualización de la norma IEC6400034-14 es más permisible en el valor máximo de la vibración con componente dominante dos veces la frecuencia de alimentación, en comparación con los valores máximos nominales. Anteriormente, la vibración de un motor con componente dominante de origen magnético era más restrictiva que por causas de desequilibrios dinámicos. Con la entrada de esta nueva actualización y

referente a los niveles máximos de vibraciones permitidos se exigen unos valores máximos más restrictivos que la anterior edición de 1996. La nueva reglamentación obliga a fabricantes a mejorar los diseños y procesos de producción teniendo en cuenta las causas que originan las vibraciones.

BIBLIOGRAFIA

1. Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio by Sonic Resonance; designation: E 1875 – 00. ASTM International, 2000. 7 p.

2. Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio by Impulse Excitation of Vibration; designation: E 1876 – 07. ASTM International, 2007. 15 p.