Capacitación Teoría Vibracional Básica

8/16/2019 Capacitación Teoría Vibracional Básica

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GESTIÓN DE CONFIABILIDAD BASADA EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES SEMINARIO

INTRODUCCIÓN

PASADO PRESENTE

•Detección defallas

• Detección defallas

de diseños

• Causa raíz

• Programas de

gestión deconfiabilidad




√ Máquinas en piso.

√ Herramientas de mano eléctricas.

√ Herramientas de mano de impacto.

√ Camino (pasajeros en vehículo).

√ Guías en sistemas de transporte.

√ Transmisión a pisos, sillas, espaldares y cabezales.

Fuentes de Vibración reales en Plantas

Industriales:

VIBRACIÓN:

1. Variación con respecto al tiempo de una magnitud quealternativamente es más grande y más pequeña que unvalor promedio.

2. Movimiento que tiene 3 características:

• Oscilatorio.

• Posee un punto de equilibrio.

• La fuerza atractora es del tipo F = -kx

k

mFo sen( ωωωωt )

c




VIBRACION FORZADA CON AMORTIGUAMIENTO

K RESORTE

C AMORTIGUADOR

)(t F kx xc xm =++

•••

MASA m x F = Fo sen( ωωωωt )




VIBRACIÓN SIMPLE

M.A.S.




VIBRACIÓN ENMÁQUINAS




CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LA VIBRACIÓN

AMPLITUD DE ONDA

Amplitud

T : PERÍODO

FRECUENCIA = 1/T = # CICLOS POR SEGUNDO ó Hz

Tiempo




FORMAS PARA EXPRESAR LA AMPLITUD Y

LA FRECUENCIA

P K - P K

tiempo

amplitud

O - P K

R M S

Amp0-PK AmpRMS =

√ 2

Para una onda sinusoidal pura En general

AmpRMS =√ V 12+V 22+...+V n2




DIFERENCIAS ENTRE RMS Y pK

Ondas con igual valor RMS y diferente valor pK

pK pK pK pK pK pK pK pK

RMSRMSRMSRMS

Ondas con igual valor pK y diferente valor RMS

RMSRMSRMSRMS

pK pK pK pK

RMSRMSRMSRMS




FASE

tiempo

amplitud

fase




MEDICIÓN DEL ÁNGULO DE FASE

Tiempo

Amplitud

fase

DEFINICIÓN: Diferencia de tiempo entre dos señales deigual frecuencia.

UTILIZACIÓN: • Verificar desalineación.

• Revisar velocidades críticas.

• Relación entre una fuerza de desbalanceo ysu respectiva señal de vibración.

MEDICIÓN: Osciloscopio, un analizador con una referencia

(cinta reflectiva), luz estroboscópica.




SEÑAL CON DOMINIO ENEL TIEMPO

AMPLITUD DE VIBRACIÓN

• DESPLAZAMIENTO

• VELOCIDAD

• ACELERACIÓN

Tiempo [seg]




AMPLITUD DE VIBRACIÓN

SEGÚN NORMA ISO 1000

DESPLAZAMIENTO [m], [mm], [µm]

VELOCIDAD DE VIBRACIÓN [m/s], [mm/s],

DECIBEL

10-2 mm / s2 Aceleración

10-5 mm / s Velocidad

dB=20 Log ( Amplitud / Referencia)

UNIDADES PARA EXPRESAR LA AMPLITUD

DE VIBRACIÓN Y FRECUENCIA

ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN [m/s2], [mGs]

10-8 mm Desplazamiento

FRECUENCIA

Hz CPM CPS




AMPLITUD20 Hz 20 Hz

DESPLAZAMIENTO < DESPLAZAMIENTO

AMPLITUD DE VIBRACIÓNSEGÚN NORMA ISO 1000

DESPLAZAMIENTO [m], [mm]. [µm]

VELOCIDAD DE VIBRACIÓN [m/s], [mm/s],

[in/s]

ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN [m/s2], [mG]

VELOCIDAD < VELOCIDAD ACELERACIÓN < ACELERACIÓN




RELACIÓN ENTRE DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD

Y ACELERACIÓN

Tiempo

Amplitud

( )ϕ += t Cos DY *( )ϕ ω ω +−=

•

t Sen DY **

( )ϕ ω ω +−=••

t Cos DY ** 2

D: Máximo desplazamientoω: Velocidad angular [rad/s]t: Tiempo [s] Y: Posición en un tiempo tφ: Fase inicial




DESPLAZAMIENTO: Medida dominante de muy bajas frecuencias, menores a 20 Hz. Estárelacionado con movimiento y esfuerzos dedeflexión.

VELOCIDAD: Su rango de frecuencia está entre10 Hz 1000 Hz a roximadamente. Está

relacionado a la energía y a fatiga del material.

ACELERACIÓN: Es la medida dominante en altasfrecuencias, superior a los 1000 Hz. Estárelacionado a fuerza.




ANÁLISIS COMPARATIVO

p l i t u d

Desplazamiento

Velocidad A

1 10 100 1 k 10 k

Frecuencia [Hz]

Aceleración




CONVERSIÓN DE UNIDADES PARA ONDAS

SINUSOIDALES PURAS

DESPLAZAMIENTO = D

VELOCIDAD = V = 2 π f D

ACELERACIÓN = a = 2 π f V = (2 π f)2 D

Frecuencia (Hz) = f [ciclos/s]





SINUSOIDALES PURAS

EJEMPLO 1:

Convertir 2 mils pk-pk en mm/s pk a una frecuencia de 1.775CPM:

2 mils pk-pk = 1 mil pk

1 mil pk = (1 in/1000) x (25.4 mm/ 1 in) = 0.0254 mm pk

1775 CPM x (1 min/60 s) = 29.58 Hz

V = 2 π f D = 2 π (29.58 Hz) (0.0254 mm pk) = 4.72 mm/s pk





SINUSOIDALES PURAS

EJEMPLO 2:

Convertir 0.5 g pk en mm/s rms a una frecuencia de 3.540CPM:

1 g pk = 9800 mm/s2 pk 0.5 g pk = 4900 mm/s2 pk

V = A /2 π f = (4900 mm/s2 pk) / (2 π (59 Hz))= 13.22 mm/s pk

3540 CPM x (1 min/60 s) = 59 Hz

V RMS = V PK / 1.4142 = 9.35 mm/s rms





SINUSOIDALES PURAS

EJEMPLO 3:

Convertir 2 g rms en µm pk - pk a una frecuencia de 1000CPS:

2 g rms = 19600 mm/s2 rms ; 1000 CPS = 1000 Hz

D = 4.9647 x 10-4 mm rms = 0.4965 µm rms

D = A / (2 π f) = (19600 mm/s ) / (2 π (1000 Hz))

Dpk-pk = Drms x 1.4142 x 2 = 1.4043 µm pk-pk




VIBRACIONESCOMPUESTAS

VIBRACIÓN PERIÓDICA

t [seg]

Amp

VIBRACIÓN ALEATORIA




| Vibración simple F = 100 Hz

A =10

|

VIBRACIÓN COMPUESTA

200 f [Hz]

10

5

100

|

Vibración simple F = 200 Hz

A =5

Σ vibraciones simples = vibración compuesta

|

A =12




ANÁLISIS ESPECTRAL

VIBRACIÓN COMPUESTA MÁQUINA SEPARACIÓN





A =10

ANÁLISIS ESPECTRAL: VIBRACIONES SIMPLES

Diagrama Frecuencia amplitud

200 f [Hz]

10

100


A =10

Diagrama Frecuencia amplitud

200 f [Hz]

10

100




ARMÓNICOS Y ÓRDENES

1 ARMÓNICO =1 ORDEN

2 ARMÓNICO =2 ORDEN

Ó Á




-10

-5

0

5

10

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

-5

0

5

10

• 0

• 3

SEÑAL No 2 :

PERIODO = 0.5 SEG

PERIODO = 1 SEG

FRECUENCIA = 1 HZ

SEÑAL No 1:• 9

• 9

• - 8

-10

0 1 2 3 4 5

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5

AMPLITUD : VALORES PICO , TIEMPO : SEGUNDOS

•=

SEÑAL No 3 =

SEÑAL No1 + SEÑAL No2• 9 + 0 = 9

• 9 + 3 = 12

• -8 + 5 = -3





Amp

Amp

ANÁLISIS ESPECTRAL: VIBRACIONES COMPUESTAS

SEPARACIÓN VIBRACIÓN EN EL TIEMPO ESPECTRO DE VIBRACIÓN

zseg





Espectro de vibraciónLa vibración compleja es igual a lasuma de vibraciones simples.

TRANSFORMADA DE FOURIER

Dominio de la

frecuencia

Dominio del tiempo

Señales en el dominio del tiempo y en eldominio de la frecuencia (espectro)





DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN

f [Hz]

ESPECTRO DE VIBRACIÓN:DESPLAZAMIENTO [um]

SEÑAL DE VIBRACIÓN

ESPECTRO DE VIBRACIÓN:VELOCIDAD [mm/s]

ESPECTRO DE VIBRACIÓN:ACELERACIÓN [mG]

f [Hz] f [Hz]





DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN

ESPECTRO DE VIBRACIÓN: ACELERACIÓN [mG]

ESPECTRO DE VIBRACIÓN: VELOCIDAD [mm/s]

1 Hz 1,000 Hz

NBF

NMF

SEÑAL DE VIBRACIÓN

ESPECTRO DE VIBRACIÓN: ACELERACIÓN [mG]

1 Hz 1,000 Hz

10 Hz 10,000 Hz

NAF





EJEMPLOS DE FUERZAS DE EXCITACIÓN

FUENTE FRECUENCIAS

Desbalanceo dinámico 1X (RPM)

Desalineación 1X, 2X, 3X

Eje flectado 1X, 2X (Menor amplitud)

Holgura Eje-agujero Armónicos de las RPM

Soltura estructural 1X

Rodamientos Frecuencias de falla (no armónicas)

Mecanismos de impacto Múltiples frecuencias

Cajas de engrane # dientes X

Bandas de transmisión Subarmónicos de las RPM

Giro de aceite en cojinetes 0.43X A 0.47X

Álabes e impulsores #álabes o paletas X

Máquinas reciprocantes ½ y múltiples armónicas de las RPM



COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO

t (s)t (s)t (s)t (s)

A AA A

A AA A

ζ>1: sobreamortiguado

ζ=1: críticamente amortiguado

nm

C

ω ζ 2=

221 ζ ω ω −= nc

recuenc a na ura

amortiguada

ζ<1: subamortiguado

Para



ζ<1: subamortiguado A AA A




ROTOR RÍGIDO VS ROTOR FLEXIBLE

ROTOR RÍGIDO: El rangode operación o velocidadnominal del rotor está pordebajo del primer crítico.

A AA A

RotorRotorRotorRotorFlexibleFlexibleFlexibleFlexible

1er Crítico1er Crítico1er Crítico1er Crítico

ROTOR FLEXIBLE: El rangode operación o velocidadnominal del rotor está porencima del primer crítico.

F (Hz)F (Hz)F (Hz)F (Hz)

RigidoRigidoRigidoRigido




FORMAS MODALES

1ER CRITICO

2DO CRITICO

3ER CRITICO




DESBALANCEO SIMPLEPATOLOGÍAS BÁSICAS

Amplitud [mm/s]

t [seg]

ESPECTRO DE VIBRACIÓN

f [Hz]

Amplitud [mm/s]

0 20 40 60 80 100

1X




t [seg]

Amp

GOLPE INTERMITENTE

FRECUENCIA NATURAL

Fn




DESALINEACIÓN ANGULAR O PARALELA

t [seg]

Amplitud [mm/s]

RADIAL O AXIAL




HOLGURA MECÁNICA EJE AGUJERO

t [seg]

Amp




Fórmulas aproximadas para calcular lasfrecuencias de falla:

DEFECTOS EN PISTAS

Frecuencia Pista Interna: 0,6 (RPS)(# Bolas)

Frecuencia Pista Externa: 0,4 (RPS)

Frecuencia Bolas: 2,4 (RPS)Frecuencia Canastilla: 0,4 (RPS)




FRICCIÓN ABRASIVA

Se aprecia en espectros deaceleración de vibración ,entre 100 y 1000 Hz.

FRICCIÓN ABRASIVA

DESGASTE




CONTACTO METAL - METAL

Se aprecia en espectros deaceleración de vibración ,entre 2000 y 5000 Hz.

HAY STACK


Á



19 RPS

ESPECTRO DE VIBRACIÓN

ANÁLISIS ESPECTRAL

Amplitud [mm/s]

1X 1/3 X

B1 B2 B3

57 RPS

f [Hz]0 20 40 60 80 100

BPF


Ó



VISUALIZACIÓN DE ESPECTROS CON

EL SISTEMA A-PREDICTOR

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