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Trabajo de: Juan C. Hidalgo
ANÁLISIS DE FIRMA DE VIBRACIÓN
La vibración tiene tres parámetros importantes que pueden medirse:
Frecuencia: determina cuantas veces vibra la estructura o ME por minuto o
segundo
Amplitud: determina la magnitud de la vibración por pulgada o pulg/seg o g/s
Fase: ¿Cómo está vibrando el elemento en relación a un punto de referencia?
La mayor desventaja de los programas de mantenimiento predictivo es la
habilidad para diagnosticar los problemas mecánicos y eléctricos en la ME.
Se han desarrollado entonces guías para que los analistas puedan diagnosticar
la falla. Estas guías son prácticas y fueron realizadas por la experiencia a
través de los años en el análisis de firma de vibración.
Debemos respondernos a las siguientes preguntas:
1. ¿Qué frecuencias están presentes en el espectro y cómo se relacionan con la
velocidad operativa de la máquina (o sea, son los picos presentes iguales a 1
X, 2X, 3X, 5.78X RPM o qué)?
2. ¿Cuáles son las amplitudes de cada pico?
3. ¿Cómo se relacionan los picos de frecuencia entre ellos? (por ej. 2X RPM
es mucho más alto que 1 X RPM"; hay un gran pico en 7 .43X RPM"; hay
un gran número de armónicas de la velocidad operativa presentes"; "hay
bandas laterales de alta amplitud alrededor de la frecuencia de engrane";
"hay bandas laterales de 7200 CPM alrededor de un gran pico en las 46X
RPM", etc.).
4. Finalmente, si hay picos de amplitud significativos, cuál exactamente su
origen ("es 7.43X RPM una frecuencia de rodamiento defectuoso"; "es el
pico de 46X RPM igual al número de RPM de barras de rotor"?, etc.).
ESPECTRO TÍPICO: La amplitud revela la magnitud de la vibración. La
frecuencia expresa cuántos ciclos ocurren por unidad de tiempo, mientras
que la relación de fase completa el análisis mostrando como está vibrando
la máquina. La fase es una poderosa herramienta para diferenciar cuál de
las numerosas fuentes de problemas es la dominante. Por ejemplo: Un gran
número de problemas generan vibración en 1x y 2x rpm. Usando la fase,
uno aprende cómo está vibrando la máquina, y en el proceso, ayuda a
descubrir en cuál problema está presente.
FIRMA: frecuencias de vibración en condiciones normales de funcionamiento
del dispositivo.
Se cortaron las vigas y el problema desapareció.
El personal de mantenimiento debe estar atento a la diferencia
entre fallas mecánicas y magnéticas. Al procedimiento de desenergizar la máquina para determinar si la vibración desaparece le
precede como método observar si hay batidos en las vibraciones
detectadas.
Un batido se identifica como una amplitud de vibración oscilatoria,
debido a componentes de frecuencia cercanas que alternativamente
se refuerzan y se cancelan entre sí a medida que su fase relativa
varía.
La presencia de batidos “puede” indicar que hay una falla mecánica
y magnética simultáneamente y su ausencia que es solo mecánica.
Por ejemplo, en la figura siguiente un espectro de ancho de banda
constante muestra un solo pico alrededor de los 100 Hz, pero el
"zoom” cerca de esta componente identifica que en realidad hay dos
componentes, una a 99,6 Hz, y otra a 100 Hz. El espectro dado
proviene de un compresor de tornillo impulsado por un motor de
inducción bipolar, y los dos picos en cuestión son 2x RPM y 2x
componentes de frecuencia de línea respectivamente.
Dos motores de inducción trifásicos nominalmente idénticos (A y B)
con distintas cantidades de excentricidad en el entrehierro fueron
seleccionados para un exámen comparativo.
Las especificaciones del motor son las siguientes: trifásico, PAM, 50
Hz, 11 kV, 1,2 MW, 12/14 polos.
Se sabe que la ovalidad de la parte central del estator estaba
presente en el motor B. Todos los exámenes fueron conducidos en
una operación sin carga (las condiciones de operación dadas en el
momento de la prueba) y los componentes de frecuencia previstos
en la corriente y el espectro de la vibración de la estructura se
presentan en las tablas siguientes.
Componentes de la frecuencia previstos en la señal de vibración de
la estructura
El espectro de corriente para los motores A y B se presenta en la
Figura:
El examen del espectro demuestra que la diferencia de magnitud
entre las armónicas principales en la ranura es solo 2,1 dB pero los
componentes de la excentricidad dinámica en el motor B son 7-13
más alto que los correspondientes para el motor A.
Ya se habían obtenido resultados similares en laboratorio.
Es importante destacar que los exámenes fueron llevados a cabo a
diferentes horas del día con las correspondientes frecuencias
diferentes de suministro. Esto se refleja en los cambios en el
espectro medido. Por ejemplo, una de las componentes dinámicas
del motor A era de 969,5 Hz, mientras que con el motor b la
componente correspondiente apareció en los 977 Hz. Esto significa
que una estrategia de monitoreo online debe determinar
precisamente la frecuencia de suministro como parte del proceso de
la señal para predecir las componentes de frecuencia esperadas que
son funciones de la excentricidad.
Vibración de la estructura
La vibración fue percibida en numerosas posIciones sobre la
estructura de la cubierta exterior y sobre el bastidor cojinete.
Se encontró que una posición óptima de percepción para detectar las
componentes de frecuencia causadas por la excentricidad del entrehierro
estaba alineada con un plato de soporte de la carcaza frente a una de las barras
del núcleo. El espectro de vibración se presenta en la Figura.
Los resultados muestran que la armónica
principal de ranura en el motor B es
10dB más alta que en el motor A. lo que
sugiere una excentricidad estática más
alta. Además, el componente dinámico de
941 Hz es 6,4 dB más alto en el motor B.
Por lo tanto los resultados demuestran que la excentricidad del entrehierro puede
identificarse en el ambiente industrial.
Los motores testeados en el laboratorio y en las centrales eléctricas
tenían distinto número de polos. ranuras en el motor y operaban
con cargas distintas; sin embargo, en cada caso los componentes de
frecuencia previstos fueron identtficados. Para que el industrial
pueda tomar decisiones sobre las condiciones de marcha del motor,
el grado de severidad de la excentricidad debe ser cuanttficado.