Diapositivas de Vibraciones Mecanicas

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Diagnóstico de maquinaria mediante vibraciones mecánicas (Cap. 1)

Royman López B.Ing. Mec., M. Sc.Diapositiva 1

CONTENIDO

•Concepto de vibración

•Características de la vibración: Amplitud, frecuencia y fase.

•Medición de la vibración.

•Análisis en el tiempo y en frecuencia.

•Representación de sistemas masa resorte.



CONCEPTO DE VIBRACIÓN

Cambio de posición en el tiempo (movimiento) de una máquina hacia un lado y otro con respecto a su posición de reposo.

La vibración es una forma de energía desperdiciada.

Una máquina ideal no produciría vibración, porque toda la energía se aprovecharía en forma de trabajo.

INCREMENTO EN ENERGIA DE

VIBRACIÓN

CARGAS DINAMICAS ALTAS EN

SOPORTES

FALLA DE COMPONENTES

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¿QUÉ FACTORES INCREMENTAN LOS NIVELES DE VIBRACIÓN?

•Desgaste en los componentes de las máquinas.

•Las bases pierden rigidez.

•Las piezas se deforman.

•Los ejes y/o rotores se desbalancean y pierden alineación.

•Se incrementan las tolerancias y se pierden los ajustes indicados por OEM.

OEM: Original Equipment Manufacturer



CARACTERISTICAS DE LA VIBRACION

Las características fundamentales de la vibración son:

•Amplitud: Cantidad de vibración medida en desplazamiento, velocidad o aceleración.

•Frecuencia: Número de ciclos por unidad de tiempo.

•Fase: Posición de una pieza que vibra en un instante dado con respecto a un punto de referencia o a otra pieza.

Las unidades en que se expresan son las siguientes:•Desplazamiento: mils. (milésimas de pulg.) o mm; pico a pico.•Velocidad: ips. (pulg/seg) o mm/seg; pico o rms.•Aceleración: g’s; pico o rms.•Frecuencia: CPM (ciclos/min.) o Hz (ciclos/seg.).•Fase: Grados (°).

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Pico a pico

PicoRMS

AMPLITUD DE LA VIBRACION

Pico a pico = 2*PicoPico a pico = 2*Pico RMS = 0,707*PicoRMS = 0,707*Pico

La medición más utilizada es la pico a pico, dado que en ondas que no son armónicas los picos o crestas negativas de la onda son diferentes a los picos positivos.

Onda armónica



COMPARACIÓN DE MEDICIÓN DE VIBRACIÓN EN DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN

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FRECUENCIA

CPM: Ciclos por minuto.

Hertz: Ciclos por segundo.

Hz = CPM/60Hz = CPM/60



Ondas con igual amplitud y frecuencias distintas

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FASEPosición de una pieza que vibra en un instante dado con relación a un punto fijo o de referencia o a otra pieza que vibra en simultáneo.

FASE = 45°



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SUPERPOSICION DE ONDAS



RELACIONES DE CONVERSIÓN

Ejemplo:

Convertir 0,5 g pico de aceleración a 1,775 CPM a desplazamiento en mils de pulgada pico a pico.

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Ejercicios:

Convertir 2 g’s RMS de aceleración a 6,000 CPM a velocidad de vibración en pulg./seg pico.

Convertir 0,18 pulg./seg RMS de velocidad a 120,000 CPM a aceleración en g’s pico.

Convertir 4 g’s pico de aceleración a 3,600 CPM a desplazamiento en mils. pulgada pico a pico.



ANALISIS ARMÓNICO

Los movimiento periódicos se pueden descomponer en movimientos armónicos básicos. Esto se puede realizar gracias a que Fourier demostró que una función periódica puede ser representada por una serie de funciones seno y coseno, con frecuencias múltiplos de la frecuencia fundamental de la función periódica.

Transformada Rápida de Fourier (FFT)

Onda compleja en el tiempo

Descomposición en armónicas en el tiempo

Análisis de componente en el dominio de la frecuencia

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0

-

Tiempo0

+

Tiempo0+

-

-

Frecuencia

Frecuencia

Frecuencia

1x

4x

12x

Tiempo

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¿DÓNDE SE MIDEN LAS VIBRACIONES?

En los puntos mas cercanos a la ZONAS DE CARGA (apoyos, rodamientos, cojinetes, etc.)



SISTEMA DE 1 GDL CON AMORTIGUACIÓN Y EXCITACIÓN EXTERNA

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Simplificando: tmPx

mk

dtdx

mc

dtxd ωcos2

2

=++

Ecuación fundamental de un sistema de segundo orden:

tmPx

dtdx

dtxd

nn ωωξω cos2 22

2

=++

Frecuencia Natural: Es una propiedad de los cuerpos, dependiente de la masa y la rigidez estructural del cuerpo. Cuando un cuerpo iguala su frecuencia de vibración con la frecuencia natural se produce el fenómeno de RESONANCIA, en el cual la amplitud de vibración se incrementa y puede producir consecuencias catastróficas.

mk

n =ω



SISTEMA SUBAMORTIGUADO

El sistema presenta un comportamiento estable, dado que se presenta una reducción en la amplitud de vibración por el efecto de disipación de energía con el amortiguamiento viscoso.

Resorte => Almacena Energía.

Amortiguador => Disipa Energía.

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EFECTO DE LA CONSTANTE DE AMORTIGUACIÓN

nmcω

ξ2

=

Amortiguamiento del sistema:En la medida en que el sistema aumenta su nivel de amortiguación, el sistema obtiene mas rápidamente la posición de equilibrio y se reducen las oscilaciones en la respuesta.



EN MAQUINAS ROTATIVAS EL EFECTO SE CONOCE COMO VELOCIDAD CRÍTICA

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ARREGLO DE RESORTES EN SERIE

21

111

kk

keq

+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

21

111

kkm

nω

Constante equivalente

Frecuencia natural



ARREGLO DE RESORTES EN PARALELO

21 kkkeq +=

mkk

n21 +=ω

Constante equivalente

Frecuencia natural

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