8/19/2019 Fallas Comunes Para Equipos Rotatorios - Vibracion

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Fallas Comunes para Equipos RotatoriosUna aplicación práctica de los sensores de vibración se encuentra en el mantenimiento predictivo demáquinas rotatorias. Los datos obtenidos mediante el procesamiento de la señal obtenida por lossensores revelan información importante sobre el funcionamiento de un equipo. El principal análisis delas vibraciones se hace a través del espectro de frecuencia obtenido a partir del procesamiento de laseñal. Utilizando esta herramienta, una vez identificada la frecuencia de rotación de la máquina, es

posible detectar fallas especificas en el funcionamiento del dispositivo.A continuación se presenta una introducción a la detección de problemas comunes hallados en máquinasrotatorias.Desbalanceo Esta es una de las fallas más comunes en equipos rotatorios y aparece con mayor frecuencia endispositivos que funcionan a altas frecuencias de rotación. Esta se debe a que el movimiento rotatoriogenera una fuerza centrífuga radial hacia afuera la cual es transmitida a los descansos de la maquina.Ocasionada por una masa con cierta excentricidad en el rotor, la vibración en dirección radial tiene unaforma sinodal la cual tendrá con frecuencia de excitación igual a la frecuencia de rotación del equipo.

Detección del problema: Mediante un análisis frecuencial, en el espectro de frecuencia es posibledetectar este problema al observar las vibraciones a la frecuencia de rotación del equipo. Aunque la

presencia de una vibración excesiva a esta frecuencia ocurre cuando este problema está presente, nonecesariamente esta condición representa por si un desbalanceo. Como criterio general cuando se

presenten otros problemas, cuando el desbalanceo sea el problema dominante, este debe representar almenos un 80% del valor medido.

Figura 1. Superior: Espectro de frecuencia de un equipo nuevo. Inferior: Espectro de frecuencia de unequipo con problemas de desbalanceo.

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En la figura se muestra dos espectros dos frecuencias, uno para un equipo nuevo y otro para un equipocon un desbalanceo significativo en el rotor.El desbalanceo del rotor es un problema que nunca es inexistente en equipos rotatorios por lo que existennormas que establecen el desbalanceo permisible. Este valor se presenta para rotores rígidos y elásticos

en la norma ISO1940 .

Desalineamiento El desalineamiento ocurre cuando los ejes de una máquina impulsora y una impulsada no están en lamisma línea de centros. Este ocurre de forma paralela o angular como se muestra en la figura 2.

Izquierda: Desalineamiento angular. Derecha: Desalineamiento paralelo. Las vibraciones ocasionadas por este tipo de problema ocurren en dirección radial, en el caso dedesalineamiento paralelo y en dirección axial, en el caso de desalineamiento angular.

Detección del Problema: El delineamiento presenta picos en el espectro de la frecuencia ubicados en la

frecuencia de rotación, en el segundo armónico y en el tercero, pero en casos de desalineamiento severose puede presentar picos hasta en el octavo armónico. En la figura 3 se muestra el espectro de un rotorantes y después de ser alineado.

Figura 3. Superior: Espectro de frecuencia de un rotor después de ser alineado. Inferior: Espectro de frecuencia de un rotor antes de ser alineado.

Al igual que el desbalanceo, este problema no puede ser eliminado por completo. El nivel dedesalineamiento aceptable es usualmente proporcionado por el fabricante.

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Soltura Mecánica La soltura mecánica se refiere al movimiento que se da en una unión que no esta los suficientemente fija.Algunos casos de esta pueden ser una sujeción insuficiente de pernos, juego excesivo radial de losdescansos y apriete insuficiente de la camisa de descanso. La forma en que se da esta vibración es

variable, pero ocurre principalmente en dirección radial. Un descanso suelto por lo general tiene unavibración mayor en dirección vertical que horizontal.Ejemplos de soltura:

Figura 4. Ejemplos de soltura mecánica.

Detección del problema: La soltura mecánica se caracteriza por una gran presencia de armónicos en elespectro de la frecuencia. Entre mayor es la cantidad de armónicos, más severa es la soltura. En ciertoscasos de soltura la vibración ocurrirá en frecuencias subarmonicas. Esto ocurre en el caso derodamientos sueltos o con demasiado juego radial. La figura 5 muestra el espectro de frecuenciaesperado.

Figura 5. Espectro de frecuencia esperado ante una soltura mecánica.

Para determinar la ubicación de la soltura mecánica, es preciso realizar pruebas en diferentes lugares delequipo. En la cercanía de la soltura se verán medidas erráticas que cambian bruscamente de valor ydirección.

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Rozamiento El rozamiento ocurre entre el rotor y el estator. Este puede darse de dos formas, un rozamiento totaldonde este ocurre durante toda la revolución o un rozamiento parcial cuando el rotor tocaocasionalmente al estator. La forma de la vibración tendrá una forma aplanada, debido a que el rotor no

puede girar sin tocar al estator. Esto se muestra en la figura 5.

Figura 5. Forma de onda de la vibración de un rotor con rozamiento parcial.

Detección del problema: El roce parcial produce múltiples armónicos en el espectro y debido a esto es posible confundirlo con una soltura mecánica o un deslizamiento severo. Además de esto puede producirsubarmónicos que llegan a ser menores que los que ocurren en el caso de soltura mecánica.

Vibración en Bombas y Ventiladores La vibración en este caso se presenta a frecuencias que son múltiplos del número de álabes, estafrecuencia se denomina “frecuencia de paso de álabes” y corresponde a la frecuencia de rotaciónmultiplicada por el número de alabes. Estas vibraciones se originan debido a la reacción de los alabesante los pulsos de presión que ocurren en su funcionamiento. Cuando el rotor se encuentra

balanceado estas vibraciones son pequeñas, pero cuando esta desbalanceado, los álabes del rotor nocoinciden con los difusores de la carcasa y las vibraciones aumentan considerablemente.

Detección del problema: Los picos en el espectro aparecerán en los múltiplos de la frecuencia de paso deálabes. Esto se muestra en la siguiente figura 6.

Figura 6. Espectro de frecuencia esperado ante desbalanceo en bombas y ventiladores.

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Fallas en Motores Eléctricos de Inducción Cuando se busca detectar fallas eléctricas en los motores, es importante conocer las frecuencias deexcitación que aparecen al ser impulsado por un campo electromagnético. En el espectro de frecuencia

las fallas eléctricas aparecerán en múltiplos y o submúltiplos de estas frecuencias. Lafrecuencia eléctrica de la línea a la que está conectado el motor es importante conocerla porque estadetermina la frecuencia de las fuerzas electromagnéticas que impulsan el motor. Otra frecuenciaimportante es la frecuencia de paso de polos (FPP):FPP = Numero de polos * frecuencia de rotación

Detección de fallas:

Excentricidad estática: Esta ocurre cuando el rotor y el estator están desalineados de forma paralela. Eneste caso el entrehierro tendrá un valor variable pero una posición mínima fija.

Cuando se analiza el espectro de frecuencia se observa un pico en el doble de la frecuencia eléctrica delsistema.Ej. Si el sistema está a 60Hz, la frecuencia donde se ve este problema es 120Hz.

Figura 8. Espectro de frecuencia esperado ante una excentricidad estática.

Excentricidad dinámica: La excentricidad dinámica ocurre cuando el mismo rotor no es concéntrico con

su línea de centros y debido a esto el entrehierro varía con una posición mínima que no es fija.

En el espectro de frecuencia, este problema se muestra con picos en las bandas laterales de la frecuenciade rotación y bandas laterales en dos veces la frecuencia de la línea. Estas bandas son determinadas porel deslizamiento eléctrico del motor. Además se mostrara un pico en la frecuencia de rotación debido ael desbalanceo que este problema implica. En la figura 10 se muestra el espectro de frecuencia esperado.

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Figura 10. Espectro de frecuencia esperado ante una excentricidad estática.

Rotor con barras rotas: El problema ocurre cuando, en el rotor de un motor de inducción, las barras en

las cuales se induce la corriente y consecuentemente una fuerza está rota y no puede circular corriente.Este es un problema serio que debe ser atendido inmediatamente o el daño se propagara a las barrasadyacentes.La característica de la vibración de este defecto es similar a la e la excentricidad dinámica. Lo que ladiferencia es que cuando el rotor se haga girar sin corriente, la característica de vibración ocasionada porla barra rota debe desaparecer debido a que no fluye corriente por las barras del rotor, mientras que enuna excentricidad dinámica esto no ocurre.

A Manera de Conclusión En general cuando se estudia el espectro de frecuencia, los problemas antes mencionados aparecen

juntos. Por este motivo, cuando se realiza pruebas de vibraciones, es necesaria que estas sean realizadasen diferentes lugares de la máquina para que sea posible determinar con mayor certeza el tipo de falla.En cuanto a los diagnósticos en motores de inducción, resulta difícil determinar la diferencia entre un

problema mecánico y uno eléctrico a partir del espectro de vibraciones. Por este motivo, se recurre aanálisis eléctricos para diagnosticar a estas máquinas.