INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN CPIngredientes TLALNEPANTLA EL PRESENTE TUTORIAL ES UN AUXILIAR TEORICO PARA ENTENDER LA HERRAMIENTA DEL ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN CPIngredientes TLALNEPANLTA. EL AUTOR USO UN ORDEN CONVENIENTE PARA SU COMPRENSION, ASÍ COMO IMÁGENES QUE EL DEBERA EXPONER Y EXPLICAR, LAS DUDAS SE DEBERAN ACLARAR CON EL AUTOR, EL TUTORIAL SE COMPRENDERA BIEN CUANDO SE LLEVE A CABO LA PRACTICA EN EL CAMPO LABORAL. Atte. Edgar Miguel Villanueva Alvarado VTR Mantto. Preventivo Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeación. [email protected] INTRODUCCIÓN Metas de programas de Mantenimiento La meta más importante de cualquier programa de mantenimiento es la eliminación de algún desarreglo de la maquinaria. Muchas veces una avería grave causará daños serios periféricos a la máquina, incrementando los costos de reparación. Una eliminación completa no es posible en la practica en ese momento, pero se le puede acercar con una atención sistemática en el mantenimiento. El segundo propósito del mantenimiento es de poder anticipar y planificar con precisión sus requerimientos. Eso quiere decir que se pueden reducir los inventarios de refacciones y que se puede eliminar la parte principal del trabajo en tiempo extra. Las reparaciones a los sistemas mecánicos se pueden planificar de manera ideal durante los paros programados de la planta. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] El tercer propósito es de incrementar la disponibilidad para la producción de la planta, por medio de la reducción importante de la posibilidad de algún paro durante el funcionamiento de la planta, y de mantener la capacidad operacional del sistema por medio de la reducción del tiempo de inactividad de las máquinas críticas. Idealmente, las condiciones de operación de todas las máquinas se deberían conocer y documentar. El último propósito del mantenimiento es de permitir al personal de mantenimiento el trabajar durante horas de trabajo predecibles y razonables. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] Vibraciones Definición y características Para empezar se puede dar una definición y características de la vibración. La vibración es el movimiento de vaivén de una máquina o elemento de ella en cualquier dirección del espacio desde su posición de equilibrio. Generalmente, la causa de la vibración reside en problemas mecánicos como son: desequilibrio de elementos rotativos; desalineación en acoplamientos; engranajes desgastados o dañados; desbalance dinámico; rodamientos deteriorados; fuerzas aerodinámicas o hidráulicas, y problemas eléctricos. Estas causas como se puede suponer son fuerzas que cambian de dirección o de intensidad, estas fuerzas son debidas al movimiento rotativo de las piezas de la máquina, aunque cada uno de los problemas se detecta estudiando las características de vibración. Las características más importantes son: frecuencia, desplazamiento, velocidad, aceleración, spike energy (energía de impulsos). Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] La vibración más sencilla posible es la de tipo senoidal, cuya representación gráfica en función del tiempo (espectro temporal) puede verse en la figura sig. Fig. Representación de una onda senoidal. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] Una vibración senoidal se caracteriza perfectamente mediante la amplitud máxima amax, y la frecuencia f de la aceleración; de esta forma es posible representarla en un diagrama que, en abscisas exprese las frecuencias y en ordenadas las amplitudes; es la representación del espectro frecuencial, que para la vibración senoidal pura es el mostrado en la figura: Espectro frecuencial de una onda senoidal. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] Una onda senoidal consiste de una frecuencia única, y su espectro es un punto único. Teóricamente, una onda senoidal existe un tiempo infinito y nunca cambia. La transformada matemática, que convierte la forma de la onda del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia se llama la transformada de Fourier FFT y comprime toda la información en la onda senoidal de un tiempo infinito en un punto. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] El periodo en una onda senoidal es el tiempo T que separa dos puntos equivalentes de dicha onda. Está relacionado con la frecuencia mediante la expresión: 1 f = T Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] La amplitud desde el punto de vista de las vibraciones es cuanta cantidad de movimiento puede tener una masa desde una posición neutral. La amplitud se mide generalmente en valores pico-pico para desplazamiento y valores cero-pico y RMS para velocidad y aceleración (Ver fig.). Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] Root mean square (RMS) Es la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores de la onda. En el caso de una onda senoidal el valor RMS es igual a 0.707 del valor pico, pero esto es solo válido en el caso de una onda senoidal. El valor RMS es proporcional al área abajo de la curva. Si se rectifica a los picos negativos, eso quiere decir si se les hace positivos, y el área abajo de la curva resultante está promediado hasta un nivel medio este nivel es proporcional al valor RMS. El valor RMS debe usarse en todos los cálculos acerca de fuerza o energía en forma de onda. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. [email protected] Resumen de Unidades de Amplitud En el sistema inglés de medición, el desplazamiento se mide generalmente en mils, (milésimas de pulgada), y el valor pico a pico se usa por convención. La velocidad generalmente se mide en pulgadas por segundo ips (inch per second) y la convención es de usar el valor pico o el valor RPC. Lo mas común es de usar el valor pico, no porque sea mejor, pero debida a una larga tradición. La aceleración se mide generalmente en G´s. 1 G es la aceleración debida a la gravedad en la superficie de la tierra. El G en realidad no es una unidad de aceleración--es sencillamente una cantidad de aceleración a que estamos sometidos como habitantes de la tierra. A veces la aceleración se mide en pulgadas por segundo por segundo (pulgadas/seg²) o m/seg ², que son unidades verdaderas. Un G es igual a 386 pulgadas / seg² o 9. 81 m/seg². Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Por ejemplo, supongamos que un objeto vibrando está sometido a un desplazamiento de 0. 1 pulgada a 100 Hz. La velocidad es igual a desplazamiento por frecuencia , o: v = 0. 1 x 100 = 10 pulgadas por segundo. La aceleración es igual a desplazamiento por el cuadrado de la frecuencia, o: a = 0. 1 x (100)² = 1000 pulgadas por segundo. Un G de aceleración es igual a 386 pulgadas por segundo, por eso la aceleración es: 1000/386 = 2.59G Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Vemos ahora lo que pasa cuando subimos la frecuencia a 1000 Hz: v = 0. 1 x 1000 = 100 pulgadas por segundo a = 0. 1 x ( 1000)² = 100. 000 pulgadas por seg² o 259 G Así vemos que en la práctica las altas frecuencias no se pueden asociar con altos niveles de desplazamiento. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. GSE (Gravity spike energy) El spike energy o energía de impulsos proporciona información importante a la hora de analizar vibraciones. Este parámetro mide los impulsos de energía de vibración de breve duración 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 máquinas rotativas. Fugas de vapor o de aire a alta presión. Cavitación debida a turbulencia en fluidos. Sin este parámetro es muy difícil detectar engranajes o rodamientos defectuosos. Con esta medida se encuentran rápidamente las vibraciones a altas frecuencias provocadas por estos defectos. El valor de spike energy es básicamente una medida de aceleración, pero tiene como unidad GSE. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Concepto de fase La fase realmente es una medida de tiempo entre la separación de dos señales, la cual puede ser relativa o absoluta. Generalmente es encontrada en grados. La figura muestra dos señales sinusoidales de igual amplitud y período, pero separadas 90 grados, lo cual indica que ambas curvas están desfasadas 90 grados. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Diferencia entre Cpm’s y Rpm’s, utilidad de ambas La frecuencia es una característica simple y significativa en este análisis. Se define como el número de ciclos completos en un período de tiempo. La unidad característica es cpm (ciclos por minuto). Existe una relación importante entre frecuencia y velocidad angular de los elementos rotativos. La correspondencia entre cpm y rpm (ciclos por minuto-revoluciones por minuto) identificará el problema y la pieza responsable de la vibración. Esta relación es debida a que las fuerzas cambian de dirección y amplitud de acuerdo a la velocidad de giro. Los diferentes problemas son detectados por las frecuencias iguales a la velocidad de giro o bien múltiplos suyos. Cada tipo de problema muestra una frecuencia de vibración distinta. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. ¿Donde uso desplazamiento, velocidad y aceleración? La amplitud de la vibración indica la importancia, gravedad del problema, esta característica da una idea de la condición de la máquina. Se podrá medir la amplitud de desplazamiento, velocidad o aceleración. La velocidad de vibración tiene en cuenta el desplazamiento y la frecuencia, es por tanto un indicador directo de la severidad de vibración. La severidad de vibración es indicada de una forma más precisa midiendo la velocidad, aceleración o desplazamiento según el intervalo de frecuencias entre la que tiene lugar, así para bajas frecuencias, por debajo de 600 cpm se toman medidas de desplazamiento. En el intervalo entre 600 y 60.000 cpm se mide velocidad, y para altas frecuencia, mayores a 60.000 cpm, se toman aceleraciones. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Frecuencia natural Cualquier objeto oscilante tiene una 'frecuencia natural', que es la frecuencia con la que tiende a vibrar luego de una perturbación. El fenómeno por el que una fuerza relativamente pequeña aplicada de forma repetida hace que la amplitud de un sistema oscilante se haga muy grande se denomina resonancia. Muchos problemas graves de vibración en ingeniería son debidos a la resonancia. Por ejemplo, si la frecuencia natural de un soporte (Cpm’s) , en alguna dirección coincide con la frecuencia de excitación del rotor (Rpm’s) , ya sea las rpm o alguna armónica, se producirá una amplificación importante de las vibraciones ya que hay un fenómeno de resonancia. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Para solucionar este problema, una vez detectado el fenómeno de resonancia, es necesario cambiar o la frecuencia de excitación (las RPM) o la frecuencia natural. Si no es posible cambiar las RPM, es necesario el cambio de la frecuencia natural, y esta depende de: k fn = m k= rigidez del sistema m = masa del sistema Generalmente, en los sistemas mecánicos resulta más práctico el cambio de la rigidez. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Identificar el pico de Primer Orden (1x) El primer paso en el análisis de vibración de máquina es la identificación del pico espectral que corresponde a la velocidad de rotación de la flecha, o sea el llamado pico 1x. Esto será el 1x en un espectro normalizado. Es importante de verificar si la normalización se hizo de manera correcta. También se llama el pico de primer orden. En máquinas con flechas múltiples, cada flecha tendrá un pico característico 1x, y el analista los podrá localizar. Muchas veces, los picos 1x de la flecha van acompañados de una serie de armónicos o de sub-armónicos de 1x. y esto ayuda a encontrarles. Una buena confirmación del pico de primer orden es la existencia de otras frecuencias forzadas conocidas como el paso de alabes de la impulsora de la bomba. Por ejemplo, si la bomba tiene seis alabes, en el impulsor. Normalmente habrá un fuerte pico espectral en 6x, o sea en el sexto armónico de la velocidad de revolución. También a veces aparecerán armónicos de la velocidad de los alabes de la impulsora. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Controlar las condiciones de la toma de vibración Las vibraciones cambian cuando la velocidad y la carga cambian. La máquina debe operar en el mismo estado durante todo el análisis. Cheque la velocidad y la carga. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Identificación de planos para muestrear vibraciones mecánicas. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Interpretación de datos Una vez obtenidos de una forma metódica y precisa los datos de vibraciones de una máquina donde se ha detectado un problema, es necesario identificar cual ha sido su causa y así buscar la forma y momento de reparación más eficiente, es decir, que elimine el fallo y su coste económico sea el mínimo posible. Un defecto puede localizarse al comparar las amplitudes de las vibraciones tomadas. Normalmente una máquina que funciona correctamente tiene valores que suelen seguir una línea con tendencia ligeramente ascendente o constante. Cuando en algún momento los valores aumentan o la tendencia asciende de una forma inesperada, se puede pensar en la presencia de algún problema. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. 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 energía de impulsos (g), estos valores indicarán la gravedad del problema. Así un fallo puede detectarse al encontrar una tendencia de velocidad ascendente de forma imprevista y unos valores del parámetro g altos. También 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 máquina deje de funcionar. Valores altos de spike energy GSE pueden ser indicadores en la mayor parte de los casos de problemas de rodamientos, acoplamientos y en los casos más extraños de problemas hidráulicos. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Generalmente la máxima amplitud de vibración se da en los puntos donde se localiza el problema, aunque muchas veces la vibración es transmitida a otros puntos de la máquina aunque en ellos no se encuentre el problema. El análisis de las gráficas puede indicar el tipo de defecto existente, pero muy pocas veces aparecen problemas únicos y por tanto espectros donde se refleje un defecto claramente. La experiencia y el conocimiento de la máquina son dos factores fundamentales a la hora de identificar la causa que produce una vibración importante. Los problemas mecánicos más comunes en las máquinas que producen vibraciones son desequilibrio entre ejes, desbalance de masas, falta de alineación de acoplamientos, defectos en rodamientos y engranajes y problemas eléctricos. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Equipos que hay en CPIngredientes Tlalnepantla Reineveld 2 Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Reineveld 2 Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Krauss 2 Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Ventilador ppal. de gluten Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Ventilador ppal. de gluten Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Molino Jacobson grande Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Molino Jacobson grande Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. BH 36GT Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. BH 36GT Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. BH 36GT Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Analizador de vibraciones ENPAC 1200 Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Analizador de vibraciones IRD 890 Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion. Planta Tlalnepantla Mantenimiento Preventivo, Predictivo y Planeacion.
