Unidad 4 - Analisis de Vibraciones

Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Milton

Unidad IV: Anlisis de Vibracinndice de contenidoUnidad IV: Anlisis de Vibracin.........................................................................................................1 Anlisis de vibraciones e interpretacin de datos ................................................................................1 Programa de mantenimiento predictivo ..........................................................................................2 Cuanta vibracin es excesiva? ...........................................................................................2 Organizacin del programa de mantenimiento predictivo .........................................................3 1. Reconocimiento de la planta .............................................................................................3 2. Seleccin de las mquinas .................................................................................................3 3. Eleccin de tcnicas ptimas para verificar ......................................................................3 4. Implantacin del predictivo ...............................................................................................3 5. Fijacin y revisin de datos y lmites de condicin aceptable ..........................................3 6. Mediciones de referencia ...................................................................................................3 7. Recopilacin, registro y anlisis de las tendencias. ...........................................................4 8. Anlisis de la condicin de la mquina .............................................................................4 9. Correccin de fallos. ..........................................................................................................4 Vibraciones .....................................................................................................................................4 Definicin y caractersticas ........................................................................................................4 Severidad de vibracin ...............................................................................................................5 Anlisis........................................................................................................................................6 Identificacin de causas de vibraciones. Interpretacin de datos ..............................................8 Desequilibrio ..............................................................................................................................9 Desalineacin............................................................................................................................10 Engranajes.................................................................................................................................11 Problemas elctricos ................................................................................................................12 Rodamientos .............................................................................................................................13 Alarmas de nivel y tendencia ........................................................................................................15 Alarmas de nivel.......................................................................................................................15 Rangos de severidad de vibracin para mquinas pequeas (clase I), mquinas de tamao mediano (clase II), grandes mquinas (clase III), y turbomquinas (clase IV). ..................16 Niveles de tendencia.................................................................................................................17

Anlisis de vibraciones e interpretacin de datosEl anlisis de vibraciones, la termografa, el anlisis de lubricantes, entre otras son tcnicas de mantenimiento predictivo que permiten hallar las causas de posibles fallos anticipndose a la avera. Para la implantacin de un mantenimiento predictivo resulta imprescindible la realizacin de un programa y una organizacin que aseguren el seguimiento constante y riguroso de los elementos que componen la empresa. Debido a que los programas de Anlisis de Vibracin ayudan a encontrar problemas antes de que fallas catastrficas ocurran, estos ofrecen grandes ventajas que incluyen: Dramtica reduccin en los altos costos de mantenimiento no planeado. (mantenimiento correctivo) Altas reducciones en inventario de partes de repuesto, debido a un mejor conocimiento sobre el estado de la maquinaria. Reduccin en las ordenes de trabajo de emergencia y tiempo extra.

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Reparaciones mas eficientes, por que equipo nuevo y reparado puede ser cuidadosamente inspeccionado para asegurar la calidad de la reparacin. Incremento en la capacidad de produccin, debido a menos rechazos por fallas en el equipo ocasionadas por excesiva vibracin. Mejores condiciones de seguridad, debido a que las maquinas no estn condicionadas a trabajar hasta que fallen.

Programa de mantenimiento predictivoLos pasos en que se basa el programa de mantenimiento predictivo se pueden explicar de la siguiente forma. El programa de mantenimiento predictivo sigue una secuencia lgica desde que se detecta un problema, se estudia, se encuentra su causa, y finalmente se decide la posibilidad de corregirlo en el momento oportuno con la mxima eficiencia.Los pasos de que consta son tres: Deteccin: Reconocimiento del problema. Anlisis: Localizacin de la causa del problema. Correccin: Encontrar el momento y forma de solucionar el problema. Como se ha dicho, la deteccin consiste en encontrar un problema en la maquinaria. Para ello es necesario un seguimiento constante y riguroso del nivel de vibraciones de una mquina. El intervalo entre mediciones depende de cada equipo y puede variar desde dos meses a una medicin continua, segn el tipo e importancia en el proceso. Los puntos elegidos para tomar vibraciones son aquellos donde puede ser posible encontrar un defecto que afecte al buen funcionamiento de la maquinaria, sern lugares en los que se alojen rodamientos, ventiladores, engranajes o uniones entre ejes. En los puntos a medir se tomarn valores de velocidad, aceleracin o desplazamiento, en funcin de la situacin del punto y de las caractersticas de la maquina. El aparato utilizado ser un colector de datos junto con un programa informtico que almacene los valores recogidos en las revisiones rutinarias sobre los elementos de la fbrica. A partir de un histrico de datos de los puntos de cada mquina es posible detectar un problema cuando la tendencia de valores aumenta o se modifica notablemente. El siguiente paso es analizar el problema detectado, una vez que se ha encontrado ste, se identifican sus posibles causas. Este estudio es complicado, depende en cada caso del punto donde aparece el defecto, la posicin y el entorno de la maquina. No existen rasgos que caractericen de una forma inequvoca una causa de exceso de vibracin, si no que la experiencia, el sentido comn y el conocimiento de cada mquina son puntos esenciales. Por ltimo, el paso a seguir es la correccin del fallo detectado y analizado, as, una vez encontrado un problema y analizado sus causas, es necesario estudiar las acciones a realizar para solucionarlo, a la vez que buscar el momento adecuado para su reparacin, intentando que esta sea lo ms eficiente posible y que afecte de forma mnima el proceso de produccin, aprovechando para ello una parada o una situacin en la que la carga de trabajo para la mquina sea menor que en otras.

Cuanta vibracin es excesiva?Para poder responder a semejante pregunta es importante tener en cuenta que nuestro objetivo debe ser el de valernos de las medidas de vibracin para detectar los defectos en su primera etapa para poder programar su correccin. La meta que se persigue no es la de saber cuanta vibracin aguanta una maquina antes de descomponerse sino la de tener una advertencia de dificultades inminentes para poderlas eliminar antes de producirse una falla. No son posibles tolerancias o limites absolutos de vibracin que de rebasarse, den lugar a una falla mecnica inmediata, puesto que el desarrollo de un defecto mecnico es muy complejo para que existan semejantes limites. Sin embargo seria imposible utilizar la vibracin como indicacin del estado de las maquinas si no hubiera algunos parmetros y si junto con los muchos aos de experiencia de los expertos en la materia de las maquinas y la vibracin que las afecta no proporcionaran unos parmetros realistas.


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Organizacin del programa de mantenimiento predictivoUn estricto y constante seguimiento de las vibraciones de las mquinas proporciona un aviso previo a un fallo que puede obligar a su paro repentino, con lo que esto puede conllevar desde el punto de vista de produccin. A la vez, este tipo de mantenimiento puede disminuir costes en los cambios de elementos programados y que todava pueden continuar trabajando por ms tiempo. Es por tanto una forma de mejorar la eficiencia de un mantenimiento preventivo. En la organizacin del mantenimiento predictivo son importantes los siguientes nueve pasos:

1. Reconocimiento de la plantaEn primer lugar, antes de la implantacin del mantenimiento predictivo es preciso decidir la necesidad y eficacia en una empresa. Esta decisin estar en funcin del tipo de mquinas, de la cantidad y de su importancia en el proceso.

2. Seleccin de las mquinasDentro de una fbrica se har un estudio de vibraciones de acuerdo a un calendario establecido de aquellos equipos que forman parte del proceso de produccin de una forma esencial, es decir, de aquellos cuyo fallo provocara prdidas importantes desde el punto de vista de produccin, por prdidas econmicas, dificultad y cantidad de tiempo en volver a arrancar. De igual modo, se seguir de forma constante la parte de la maquinaria que por su tamao o valor econmico, productivo sean importantes para la empresa.

3. Eleccin de tcnicas ptimas para verificarForma de efectuar la verificacin, decidir qu, cmo, cundo, dnde se han de realizar las mediciones.

4. Implantacin del predictivoEl programa de implantacin del predictivo debe contener: Mquinas a estudiar. Sistema de medicin, toma de datos y anlisis de los mismos. Datos para comparar. Conocimiento del tipo de mantenimiento y de los medios para tomar datos.

5. Fijacin y revisin de datos y lmites de condicin aceptablePara fijar un lmite segn valores que pueden llamarse normales es esencial contar con un histrico de datos obtenido en repetidas mediciones. Un valor medio de los datos obtenidos dar el nivel de vibracin aceptable de cada uno de los puntos medidos. Los lmites que marcan que un valor sea aceptable sern fijados segn este histrico de datos y de la experiencia. Al principio, cuando no se tiene un conjunto de valores que permitan estimar si una vibracin est dentro de los lmites que marcan su normalidad, la aceptacin de un valor se har mediante las instrucciones del fabricante y con las grficas de severidad.

6. Mediciones de referencia

Fig. 1: Grfica de la velocidad de un objeto Siempre se tendr una medida de referencia con que vibra. Pgina 3 de 18


Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Miltonla que se compararn cada una que se tome para ver si est entre los lmites de aceptabilidad.

7. Recopilacin, registro y anlisis de las tendencias.Aqu se tratar de detectar un posible defecto en la mquina.

8. Anlisis de la condicin de la mquinaEn este paso se confirmar si existe realmente un fallo y se determinarn sus causas y la evolucin que pueden sufrir.

9. Correccin de fallos.

Vibraciones Definicin y caractersticas

Fig. 2: Grfica de la aceleracin de un objeto que vibra.

Para empezar se puede dar una definicin y caractersticas de la vibracin. La vibracin es el movimiento de vaivn de una mquina o elemento de ella en cualquier direccin del espacio desde su posicin de equilibrio. Generalmente, la causa de la vibracin reside en problemas mecnicos como son: desequilibrio de elementos rotativos; desalineacin en acoplamientos; engranajes desgastados o daados; rodamientos deteriorados; fuerzas aerodinmicas o hidrulicas, y problemas elctricos. Estas causas como se puede suponer son fuerzas que cambian de direccin o de intensidad, estas fuerzas son debidas al movimiento rotativo de las piezas de la mquina, aunque cada uno de los problemas se detecta estudiando las caractersticas de vibracin. Las caractersticas ms importantes son: frecuencia, desplazamiento, velocidad, aceleracin, spike energy (energa de impulsos). La frecuencia es una caracterstica simple y significativa en este anlisis. Se define como el nmero de ciclos completos en un perodo de tiempo. La unidad caracterstica es cpm (ciclos por minuto). Existe una relacin importante entre frecuencia y velocidad angular de los elementos rotativos. La correspondencia entre cpm y rpm (ciclos por minuto-revoluciones por minuto) Se mide la velocidad de pico mayor de todo el recorrido que realiza el elemento al vibrar. La unidad es mm/s. El cambio de esta caracterstica trae consigo un cambio de aceleracin. La velocidad tiene una relacin directa con la severidad de vibracin, por este motivo es el parmetro que siempre se mide. Las vibraciones que tienen lugar entre 600 y 60.000 cpm se analizan teniendo en cuenta el valor de la velocidad. La aceleracin est relacionada con la fuerza que provoca la vibracin, algunas de ellas se producen a altas frecuencias, aunque velocidad y desplazamiento sean pequeos En la figura 2, se puede ver la aceleracin de vibracin. El spike energy o energa de impulsos proporciona informacin importante a la hora de analizar vibraciones. Este parmetro mide los impulsos de energa de vibracin de breve duracin y, por lo tanto, de alta frecuencia. Pueden ser impulsos debidos a: Defectos en la superficie de elementos de rodamientos o engranajes. Rozamiento, impacto, contacto entre metal-metal en mquinas rotativas. Fugas de vapor o de aire a alta presin. Cavitacin debida a turbulencia en fluidos. Sin este parmetro es muy difcil detectar engranajes o rodamientos defectuosos. Con esta medida se encuentran rpidamente las vibraciones a altas frecuencias provocadas por estos defectos. El valor de spike energy es bsicamente una medida de aceleracin, pero tiene como unidad g-SE.


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Severidad de vibracinUn punto importante a la hora de hablar de vibraciones es conocer la severidad de vibracin, ella indica la gravedad que puede tener un defecto. La amplitud de la vibracin expresa la gravedad del problema, pero es difcil establecer valores lmites de la vibracin que detecten un fallo.

Fig. 3: Grfica de la severidad de la velocidad y el desplazamiento.La finalidad del anlisis de vibraciones es encontrar un aviso con suficiente tiempo para poder


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Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Miltonanalizar causas y forma de resolver el problema ocasionando el paro mnimo posible en la mquina. Una vez obtenido un histrico de datos para cada elemento de las mquinas que se estudian, el valor medio refleja la normalidad en su funcionamiento. Desviaciones continuas o excesivas indicarn un posible fallo que ser identificado despus, teniendo en cuenta la frecuencia a la que se producen las mayores vibraciones. Cuando no se posee histrico de datos para una mquina, puede analizarse la severidad de vibracin teniendo en cuenta las siguientes grficas (figs. 3 y 4):

Fig. 4: Grfica de la severidad de la velocidad de aceleracin.

AnlisisLa esencia del estudio de vibraciones es realizar el anlisis de las mismas. El anlisis de datos consta de dos etapas: adquisicin e interpretacin de los datos obtenidos al medir la vibracin de la mquina. El fin de alcanzar es determinar las condiciones mecnicas del equipo y detectar posibles fallos especficos, mecnicos o funcionales. La adquisicin de datos es el primer y principal paso a dar para hacer un anlisis de vibraciones. Los datos a tomar, desplazamiento, velocidad o aceleracin dependern de la velocidad de la mquina, de acuerdo con su relacin equivalente de frecuencia (rpm=cpm). As, para bajas rpm, (bajos cpm), se tomarn datos de desplazamientos. Para velocidades que estn dentro del orcen de 600 y 60.000 rpm, se medirn


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Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Miltonvelocidades. Y para los que sean de orden superior, los datos a tomar sern aceleraciones (fig. 5). Pasos a seguir en la adquisicin de datos: 1. Determinacin de las caractersticas de diseo y funcionamiento de la mquina, como son: velocidad de rotacin de la mquina, tipo de rodamiento, engranaje y condiciones del entorno en que est situada como es el tipo de apoyo, acoplamientos, ruido, etc. Tambin habr que tener en cuenta las condiciones de funcionamiento como velocidad y cargas entre otras que normalmente afectarn a las mediciones de vibracin. 2. Determinacin de la finalidad de la vibracin que podr incluir: Medidas de rutina para detectaren Fig. 5: Toma de datos con transductor. un momento determinado un posible fallo y determinar las causas que lo originan. Medidas para crear un histrico de datos y con l obtener un valor de base, sobre el que estar el valor de vibracin que deba tener la mquina cuando sus condiciones de trabajo sean normales. Toma de datos antes y despus de una reparacin, la medida de antes pondr de manifiesto el problema, elemento defectuoso y ser ms eficaz as su reparacin. Despus de la reparacin se tomarn medidas que indiquen la evolucin del elemento sustituido o la correccin del defecto existente. 3. Seleccin de los parmetros de medicin: desplazamiento, velocidad, aceleracin, spike energy. Ellos determinarn el transductor a utilizar. 4. Determinacin de posicin y direccin de las medidas con los transductores, la vibracin se tomar generalmente en rodamientos de la mquina o puntos donde sea ms probable un fallo por acoplamiento, equilibrio, puntos donde se transmitan las fuerzas vibratorias. Los tres sentidos principales en una medicin son horizontal, vertical y axial. Sentidos radiales son horizontal y vertical, y se toman con eje del transductor a 90 grados; respecto al eje de rotacin, como se observa en la figura 6. 5. Seleccin del instrumento de medicin y Fig. 6: Sentido de toma de datos en una silla. transductores.


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Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Milton6. Determinacin del tipo especfico de datos requeridos para la interpretacin de las medidas realizadas. As se ahorrar tiempo a la hora de realizar las medidas y se obtendr de estas, informacin ms til en el anlisis. Los datos obtenidos pueden ser: valores de magnitud total, espectro de frecuencias amplitudfrecuencia que indica el tipo de problema existente, amplitud-tiempo para vibraciones transitorias rpidas o vibraciones muy lentas, spike energy en rodamientos, engranajes y problemas de cavitacin (fig. 7). 7. Toma de datos. Paso esencial en el anlisis, precisa de atencin y fiabilidad de las medidas tomadas. A la hora de la adquisicin de datos es importante tener en cuenta: Secuencias de medicin, tomar datos correctos y lo ms rpido posible, evitan tiempo perdido. Lugar de toma de datos siempre ser el mismo, con el transductor unido de una forma firme, para la veracidad de los datos. Seguimiento de la mquina, es decir, mantener un contacto con los operarios que trabajan con ella y los de mantenimiento, ellos sern las personas que conocen de cerca la mquina. Controlar el entorno exterior de la mquina, aspecto, ruido, etc. Atender tendencias inesperadas. Estar preparado para tomar mas datos, medidas Fig. 7: Puntos de toma de datos de motor y bomba. cuando pueda haber signos de algn problema. Mantener slo datos coherentes, tomados con precisin. Comparar con mquinas similares y en igual forma de trabajo. Por tanto, se puede decir que la toma de datos es un paso esencial para un buen anlisis de vibraciones. Para una buena interpretacin de los datos es necesario tener unos datos fiables que hayan sido tomados de una forma metdica y precisa. As podr hacerse un diagnstico de algn problema lo ms exacto posible.

Identificacin de causas de vibraciones. Interpretacin de datosUna vez obtenidos de una forma metdica y precisa los datos de vibraciones de una mquina donde se ha detectado un problema, es necesario identificar cual ha sido su causa y as buscar la forma y momento de reparacin ms eficiente, es decir, que elimine el fallo y su coste econmico sea el mnimo posible. Un defecto puede localizarse al comparar las amplitudes de las vibraciones tomadas. Normalmente una mquina que funciona correctamente tiene valores que suelen seguir una lnea con tendencia ligeramente ascendente o constante. Cuando en algn momento los valores aumentan o la tendencia asciende de una forma inesperada, se puede pensar en la presencia de algn problema. Generalmente los valores de amplitud que se comparan son los de velocidad, una vez observado que esta ha aumentado de una forma inesperada, es importante comparar los valores de la energa de impulsos (g), estos valores indicarn la gravedad del problema. As un fallo puede detectarse al encontrar una tendencia de velocidad ascendente de forma imprevista y unos valores del parmetro g altos. Tambin es posible que existiendo un problema haya valores de spike energy altos y de repente disminuyan y poco a poco aumenten, esto puede dar lugar a un fallo total, donde la mquina deje de funcionar. Valores altos de spike energy pueden ser indicadores en la mayor parte de los casos de problemas de rodamientos, acoplamientos y en los casos ms extraos de problemas hidrulicos. Generalmente la mxima amplitud de vibracin se da en los puntos donde se localiza el problema, aunque muchas veces la vibracin es transmitida a otros puntos de la mquina aunque en ellos no se encuentre el problema. El anlisis de las grficas puede indicar el tipo de defecto existente, pero muy pocas


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Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Miltonveces aparecen problemas nicos y por tanto espectros donde se refleje un defecto claramente. La experiencia y el conocimiento de la mquina son dos factores fundamentales a la hora de identificar la causa que produce una vibracin importante. Es esencial una vez corregido el problema seguir la evolucin de la reparacin, de esta forma se conocer si realmente exista el defecto, si estaba situado en el punto con mxima vibracin y lo que es ms importante, seguir la evolucin tras la reparacin y asegurarse que el problema ha desaparecido. El estudio de los datos de vibraciones, de sus espectros es la base para encontrar las causas y la forma de corregir el defecto que ellas indican. Slo es importante prestar especial atencin a las vibraciones que vayan acompaadas de otros efectos como ruido, prdida de aceite o cualquier fallo, o bien los valores de amplitudes que sean excesivos comparados con otros en funcionamiento correcto, en esos casos se analizar la forma de los espectros que identificarn las causas de los problemas. Los problemas mecnicos ms comunes en las mquinas que producen vibraciones son desequilibrio entre ejes, falta de alineacin de acoplamientos, defectos en rodamientos y engranajes y problemas elctricos. A continuacin se pueden ver la forma de identificar estos problemas analizando los datos y espectros de vibraciones.

DesequilibrioEsta es una de las causas ms probable de que exista vibracin en las mquinas, en casi todos los elementos es fcil encontrar un pico en el grfico de amplitud frente a frecuencia, que denote un pequeo desequilibrio. Como se puede ver en el siguiente grfico (fig. 8) hay un pico en una frecuencia que coincide con la velocidad de giro. Para conocer la cantidad de desequilibrio hay que encontrar la amplitud de la vibracin en la frecuencia igual a 1 x rpm. La amplitud es proporcional a la cantidad de desequilibrio. Normalmente, la amplitud de vibracin es mayor en sentido radial (horizontal y vertical) en las mquinas con ejes Fig. 8: Espectro de velocidad de un problema de desequilibrio. horizontales, aunque la forma de la grfica sea igual en los tres sentidos. Como se ha dicho antes, para analizar datos de vibraciones son tan importantes la experiencia y el conocimiento de la mquina como los datos tomados en ella. Cuando aparece un pico en frecuencia igual a 1 x rpm. El desequilibrio no es la nica causa posible, la desalineacin tambin puede producir picos a esta frecuencia. Al aparecer vibraciones en esta frecuencia como otras causas posibles estn los engranajes o poleas excntricas, falta de alineamiento o eje torcido si hay alta vibracin axial, bandas en mal estado (si coincide con sus rpm), resonancia o problemas elctricos, en estos casos adems del pico a frecuencia de 1 x rpm habr vibraciones en otras frecuencias.


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DesalineacinEs un problema muy comn debido a la dificultad que supone alinear dos ejes y sus rodamientos de forma que no se originen fuerzas que produzcan vibraciones. La forma de vibracin de un eje torcido es similar a la de una mala alineacin angular. Para reconocer una vibracin debida a una desalineacin en la grfica se pueden ver picos a frecuencias iguales a la velocidad de giro del eje, de dos o tres veces esta velocidad en situaciones donde este problema sea grave. Un ejemplo del espectro de este problema se observa en la figura 9, la forma de la grfica ser similar en las tres direcciones, variando nicamente la amplitud. Igual que en todos los casos, la amplitud es proporcional a la gravedad del defecto, aqu de desalineacin. Este fallo puede presentar alta vibracin en sentido axial adems de radial. As siempre que exista una alta vibracin en axial y radial, y si la axial es mayor que la mitad de la radial puede existir un problema de desalineacin o ejes torcidos. En la figura 10 se pueden ver los tres tipos bsicos de desalineacin, en paralelo, angular y una combinacin de ambos. La falta de alineacin en paralelo, figura 11, produce sobre todo vibracin en direccin radial con frecuencia igual al doble de la velocidad de giro del eje.

Fig. 9: Grfico de una desalineacin

Fig. 10: Falta de alineacin en paralelo.


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Fig. 11: Falta de alineacin angular.La falta de alineacin angular, representada en la figura 12, da vibracin en direccin axial en los dos ejes a una frecuencia igual a 1 x rpm. Las condiciones de una desalineacin no siempre llevan consigo un acoplamiento. Una desalineacin entre eje y su rodamiento, figura 13, es un ejemplo usual de este defecto y que slo se elimina corrigiendo la colocacin del rodamiento. Un casquillo mal alineado con su eje, como se ve en la figura 13, no crea vibracin importante, a menos que adems exista un problema de desequilibrio, este defecto sera el que producira una falta de alineacin.

EngranajesEste defecto se puede observar al encontrar picos a frecuencias que coinciden con mltiplos enteros de la velocidad de giro del engranaje que falla, adems existir vibracin de amplitud menor de forma simtrica a la frecuencia del engranaje. En la figura 14 se pueden observar picos de valor importante a frecuencias que son mltiplos de la velocidad de giro de un pin, de forma simtrica a estos picos existen otros de valor muy pequeo Fig. 12: Tipos de falta de alineacin. y separados una distancia igual a la velocidad de giro. Los problemas de engrane que dan esta vibracin son: desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallos de Fig. 13: Rodamiento y casquillo mal alineados respecto al eje. lubricacin, elementos extraos entre dientes. Las vibraciones causadas por defectos de engranajes pueden ser EET1 4 Ciclo Superior Electromecnica Turno Tarde Pgina 11 de 18

Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Milton detectadas en varios puntos de las mquinas. Esta es una caracterstica que diferencia una grfica causada por un engranaje con poca carga y la vibracin producida por un rodamiento, ya que el diagrama de amplitud frente a frecuencia puede dar lugar a confusin cuando la carga del pin es baja.

Fig. 14: Espectro de velocidad de un problema de engranaje. Tanto el fallo de engranaje como el de un rodamiento, llevan consigo tambin la aparicin de ruido.

Problemas elctricosLa vibracin es creada por fuerzas desiguales que pueden ser causadas por la forma interna de elemento. Es complicado reconocer grficamente este problema, ya que no tiene caractersticas que indiquen de forma sencilla que esta es la causa de vibracin. El espectro puede llevar a errores por ser similar a la del desequilibrio, solo que aqu al desconectar la corriente el problema desaparecer. Se detectarn picos mayores a distancias iguales a cuatro veces la velocidad de giro si los polos son cuatro, distinguiendo la vibracin separada una frecuencia coincidente con la velocidad de giro. En la figura 15 se ve el espectro que da este tipo de problema.


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Fig. 15: Espectro de velocidad de un problema elctrico.

RodamientosFallos en elementos del rodamiento dan vibracin a unas frecuencias altas no relacionadas con la velocidad de rotacin y de amplitud tambin aleatoria. A continuacin, en las figuras 16 y 17 se pueden observar los espectros de velocidad y aceleracin, respectivamente, de un rodamiento de bolas defectuoso. Es relativamente fcil reconocer este fallo a ver la grfica de amplitud-frecuencia, ya que se caracteriza por tener muchos picos juntos a altas frecuencias y de amplitud variable que depender de la gravedad del problema. La frecuencia a la que se produce la mxima amplitud puede dar una idea del elemento defectuoso del rodamiento. Los defectos en elementos rodantes, pistas de rodamiento o jaula de retencin generan fuerzas que se transmiten al alojamiento y estructura que les rodea.

Fig. 16: Espectro de velocidad de un rodamiento defectuoso. Para detectar que tipo de fallo existe se ha de obtener la frecuencia a la que la amplitud es mayor y comparar con las calculadas segn las frmulas dadas en la figura 18. EET1 4 Ciclo Superior Electromecnica Turno Tarde Pgina 13 de 18

Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Milton Cuando esta es la causa de la vibracin es importantsimo conocer el valor de spike energy, con este parmetro se puede intuir la gravedad del problema. La grfica que representa g-frecuencia indica que la vibracin del rodamiento a alta frecuencia es inestable y generada al azar.

Fig. 17: Espectro del parmetro g de un rodamiento defectuoso. As el estado de la mquina se identifica segn la siguiente tabla: Nivel de vibracin Estado mquina Buenas condiciones Rodamiento defectuoso (Funcionamiento Normal) Rodamiento defectuoso (Funcionamiento Normal) Analizar problemas (Parar) Analizar problemas (Parar) Desplazamiento Velocidad Normal Normal Normal Normal Alto Normal Normal Normal Alto Alto Aceleracin Spike energy Normal Normal Alto Alto Alto Normal Alto Alto Alto Alto

Los rodamientos son elementos importantes en la mquina y cuyo fallo puede dar problemas ms graves, por eso es necesario tener un especial cuidado con ellos. Pueden fallar por errores en el montaje, lubricacin inadecuada, defectos internos en la fabricacin, corriente elctrica, desalineacin, rodamiento no preparado para la carga que soporta. Estas son las causas ms comunes de fallo. Por tanto, el anlisis de vibraciones es una tcnica, que aunque no exacta, es capaz de encontrar fallos en mquinas, anticipndose a la avera. Las ventajas de realizar este tipo de mantenimiento son la desaparicin de fallos repentinos en los equipos estudiados, conocimiento del estado de la mquina en cada momento. As se disminuyen los costes econmicos por reparaciones imprevistas, paro en el proceso de produccin, cambios de elementos que todava pueden seguir funcionando, aumento de la eficiencia y disminucin de costes de una parada, adems de todo esto, ayuda a mejorar el mantenimiento preventivo a realizar en la fbrica. Detrs de todo esto las EET1 4 Ciclo Superior Electromecnica Turno Tarde Pgina 14 de 18

Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Milton ventajas que ofrece este estudio son sobre todo de tipo econmico, de seguridad frente a averas repentinas.

Alarmas de nivel y tendencia Alarmas de nivelAntes de entrar a realizar un diagnstico con la ayuda de las patologas vistas anteriormente, es necesario observar los niveles de vibracin que presenta cada uno de los puntos de la mquina. Muchas veces los espectros de vibracin pueden presentar picos especiales, pero esto no significa que haya una caracterstica de falla, ya que la mquina puede estar operando a condiciones normales dentro de los niveles establecidos por la norma. El problema se presenta cuando estos picos comienzan a aumentar su nivel y de esta manera incrementan el overall del punto. Existen algunas normas internacionales que proponen unos estndares generales para varios tipos de mquinas y niveles de alarma. Estos niveles pueden aplicarse a una gran cantidad de mquinas, pero hay excepciones que exigen estudiar otras herramientas para poder llegar a una conclusin del estado de mquina.

Existe una grfica logartmica que encarna valores de aceleracin, velocidad y desplazamiento frente a una frecuencia especfica. Dicha grfica contiene unos niveles EET1 4 Ciclo Superior Electromecnica Turno Tarde Pgina 15 de 18

Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Milton generalizados de alarma. Para aplicarlos a diferentes mquinas, se hace necesario revisar varias caractersticas presentadas en ellas, como son su tamao y su cimentacin y de acuerdo a ello, se escoge un factor de servicio, en la tabla mostrada mas adelante, se presentan unos valores tentativos de los factores de servicio de estas mquinas. Un ejemplo de norma de rangos de severidad de vibracin es la ISO 2372 la cual ejemplifica lmites de y los factores de servicio para cuatro tipos de mquina. Como ya se dijo anteriormente, estos lmites pueden ser prcticos para muchas mquinas bsicas de proceso, pero es importante considerar la individualidad inherente a cada equipo lo que hace necesario la utilizacin de otras herramientas tales como el seguimiento de niveles de tendencia y el respectivo historial de mantenimiento. El valor de severidad de la vibracin asociada a un rango de clasificacin en particular, depende del tamao y masa del cuerpo vibrante, las caractersticas del montaje del sistema, la salida y el uso que se le da a la mquina. De esta forma es necesario tomar cuenta de varios propsitos y circunstancias concernientes a los diferentes rangos.Rangos de severidad de vibracin para mquinas pequeas (clase I), mquinas de tamao mediano (clase II), grandes mquinas (clase III), y turbomquinas (clase IV).

FSM: factor de servicio para las clases de mquinas. FSN: factor de servicio para los niveles. La anterior es una de las clasificaciones recomendadas para escoger del factor de servicio de una mquina. EET1 4 Ciclo Superior Electromecnica Turno Tarde Pgina 16 de 18

Mantenimiento y reparacin de Equipos U.IV: Anlisis de Vibracin Prof: Martin, Milton Pero como se ha dicho no est dada para todas las aplicaciones y por lo tanto puede sustituirse de acuerdo a situaciones particulares que se presenten. El significado de estas clases se presenta a continuacin: CLASE I: Partes individuales que se conectan a una mquina en operacin normal. (Los motores elctricos que no pasan de 15 kW son ejemplos tpicos de esta categora). CLASE II: Mquinas de tamao medio (generalmente motores de 15 a 75 kW de salida), sin cimientos especiales, o mquinas rgidas (por encima de 300 kW) montadas sobre cimientos especiales. CLASE III: Grandes motores y otras mquinas con grandes masas rotantes montadas sobre cimientos rgidos y pesados, los cuales son relativamente duros en la direccin de medida de vibracin. CLASE IV: Grandes motores y otras mquinas con grandes masas rotantes montadas en cimientos relativamente flexibles en la direccin de la medida de vibracin (por ejemplo, un turbogenerador, especialmente aquellos con subestructuras ligeras). Fuera de stas clases, tambin existen otras dos que se dan para maquinaria extremadamente robusta o especial que necesita factores de servicio aun mas grandes. CLASE V: Mquinas y sistemas de conduccin mecnica con esfuerzos de desbalanceo inerciales (debido a partes reciprocantes) montadas sobre cimientos, los cuales son relativamente rgidos en la direccin de la medida de vibracin. CLASE VI: Mquinas y sistemas de conduccin mecnica con esfuerzos de desbalanceo inerciales (debido a partes reciprocantes) montadas sobre cimientos, los cuales son relativamente suaves en la direccin de la medida de vibracin; tambin pertenecen mquinas con rotacin de masas flojas acopladas, tal como golpeteo de eje en un molino; mquinas centrfugas con desbalanceo variable capaces de operar sin componentes conectados; pantallas de vibracin, mquinas de prueba de fatiga dinmica y excitadores de vibracin usados en plantas de proceso.

Niveles de tendenciaLa tendencia se puede definir como una representacin grfica de alguna variable respecto al tiempo. Para nuestro caso, la variable es el nivel general de vibracin de los puntos de una mquina. En esta grfica puede observarse la pendiente de los puntos a travs de su historia. Siempre y cuando la pendiente sea suave, la tendencia permanecer estable. Pero si llega a presentarse un crecimiento grande, acercndose a una elevacin exponencial, en la mayora de casos es porque se acerca una falla fsica de la mquina. Los niveles de vibracin a travs de la historia de la mquina variarn entre perodos. Esto se debe a que el nivel de vibracin es inferido a travs de promedios. Esto ser normal siempre y cuando no haya un cambio abrupto en el nivel de vibracin de manera que la pendiente se incremente considerablemente. La figura presenta la tendencia de un soplador. Hasta la medicin del da 330 la tendencia es estable, sin embargo a partir de esta medicin los niveles de vibracin se incrementan abruptamente. A travs del monitoreo de vibraciones se pudo predecir el mal estado de un rodamiento en la polea conducida del soplador, lo cual podra haber producido un paro sbito de la mquina.


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Unidad 4 - Analisis de Vibraciones

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