Tema 5 (Parte 2)

VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Criterios de medida y evaluación
para vibraciones relativas del eje
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Criterios de medida y evaluación
para vibraciones relativas del eje
Criterio 1: Las vibraciones relativas del eje no
deben de exceder ciertos valores máximos
Criterio 2: La variación en las vibraciones del
eje respecto a los valores iniciales no deben
exceder de ciertos límites
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Vibraciones relativas del eje
Vibraciones del eje en turbinas de vapor
según VDI 2059-2
A→ Límite para operación contínua máquinas nuevas
(recepción)
B→ Vibración todavía permitida para operación contínua
(valor de alarma)
C→ Desconexión de máquinas (valor de disparo)
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Vibraciones relativas del eje
Vibraciones del eje según ISO 7919-5
A→ Límite máquinas nuevas (recepción)
B→ Vibración para operación contínua
C→ Límite para operación no contínua
Valor de alarma <1.25 x B
Valor de disparo <1.25 x C
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Ejemplo de Diagnostico Frecuencial
Análisis de una Soplante
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
PROBLEMAS TÍPICOS
EN MAQUINARIA ROTATIVA
Puntos de medida
Extremo 1:
1-2 Radial y 3 Axial
Extremo 2:
4-5 Radial y 6 Axial
Desequilibrio
El desequilibrio se origina por no estar la masa uniformemente
distribuida respecto del centro de giro del centro del rotor, de
modo que el centro de gravedad y el centro de giro no coinciden.
Tipos:
Estático
Par
Dinámico
Detección:
Tipo de
desequilibrio
Estático
De par
Dinámico
Frecuencia Amplitud respecto a
(cpm)
los extremos
1xrpm
1xrpm
1xrpm
Fase respecto a
los extremos
Misma amplitud
Misma fase
Misma amplitud
Desfase de 180o
Diferente amplitud Fase cualquiera
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Dirección de
medida
Radial
Radial
Radial
VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Desalineación
La desalineación es un problema extremadamente común. A
pesar de los cojinetes “auto-alineantes” y manguitos de unión
flexibles, es difícil alinear dos ejes y sus cojinetes de forma que
no existan fuerzas que causen la vibración
Tipos: (Acoplamientos de ejes)
Angular
Longitudinal
Mixta
Otros tipos: Desalineación entre eje y cojinete o rodamiento
Detección:
Puede ser confundido con desequilibrio en las medidas radiales.
Frecuencia (cpm)
Amplitud
Dirección
1,2,3xrpm
1,2,3xrpm
vib. axial es superior al 50% de
la vib. radial (Angular)
Mayor amplitud 2x (Longitudinal)
Holguras y piezas sueltas
Axial
Radial
Si uno de los pernos de sujeción estuviese flojo, por el
desequilibrio residual, la fuerza de dicho desequilibrio produce
un “levantamiento”, que se repetiría cuando dicha fuerza no
fuese suficiente para compensar el peso del cuerpo (2 impactos
por vuelta).
Detección:
Frecuencia
Dirección
Amplitud
(cpm)
de medida
Amplitud de la vib. más alta
2,4,6xrpm
Radial
en la dirección de la holgura
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Rodamientos
Defectos en rodamientos de bolas o rodillos
Do
Db
Di
ϕ
Eje
Bola
Tipo
Frecuencia
giro de bola
Frec. paso de
bola por anillo
exterior
Frec. paso de
bola por anillo
interior
Frec. de
translación o
arrastre (jaula)
D0= Diámetro exterior
Di= Diámetro interior
Dm= Diámetro circunferencia del
centro de bola (D0+Di)/2
DB= Diámetro de bola
Nb=Nº de bolas del rodamiento
ϕ= Ángulo de contacto de bola
ω= Velocidad de giro del eje (rpm)
Frecuencias características
Frecuencia (en cpm)
f bola
D
Do
ω Dm
= i
ω f bola =
2 Db
Db Do + Di
f bext
Di
=
Nb ω
Do + Di
f bint =
Do
Nb ω
Do + Di
f jaula =
Di
ω
Do + Di
f bext
  D 2

1 −  b  cos2 ϕ 
  Dm 


N ω
D
= b 1 − b cos ϕ 
2  Dm

f bint =

N bω 
Db
1
+
cos
ϕ


2  Dm

f jaula =

Db
ω
1
−
cos
ϕ


2  Dm

Problema
Defecto en
bolas
Defecto en
anillo
exterior
Defecto en
anillo
interior
Desgaste
severo por
el uso
Frecuencias características aproximadas (en cpm)
fbext = 0,4 N bω
y fbint = 0,6 N bω
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Correas de transmisión
Transmisión de dos ejes que giran a diferente velocidad
ω1 D1 = ω2 D2
D = Diámetro polea y
ω = velocidad de giro polea(rpm)
Frecuencia de defecto de polea
f banda =
π Dpolea ωpolea
LBanda
Engranajes
Transmisión de dos ejes que giran a diferente velocidad
ω1 N d 1 = ω2 N d 2
Nd = nº dientes y ω = velocidad de giro del
eje
Vibraciones a la frecuencia
de engrane o contacto
f engrane = N dω
dientes
(igual para cada par de ejes)
(defectos dientes).
¡¡Trenes de engranajes!!
Otros problemas:
Desalineación o excentricidad (no defectos de dientes)
Modulación de la Frecuencia de engrane
Desalineación
1 o 2 x rpm, f engrane y
f lateral = f engrane ± 2ω piñon
f lateral = f engrane ± ω piñon
Excentricidad
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Lubricación cojinetes (Oil-Whirl)
En el cojinete la película de aceite que soporta la carga.
Con cambios en régimen (velocidad, cargas externas) una cierta
cantidad adicional de aceite es bombeada en el espacio dejado
libre por el eje (desplazamiento de la cuña de aceite de su
posición natural). Provoca un aumento de la presión de la película
de aceite que soporta la carga. La fuerza adicional creada puede
empujar el eje en un torbellino alrededor del cojinete.
Se produce por: diseño demasiado robusto para las cargas,
cambio de viscosidad de aceite, presión aceite o desgaste
excesivo.
Detección:
Frecuencia
(cpm)
(40%-50%)xrpm
Máquinas
Dirección
de medida
Equipadas cojinetes
lubricados a presión con
velocidades altas
Radial
Problemas eléctricos
Vibración resultado de fuerzas electromegnéticas desiguales
que actúan sobre rotor y estator. Causas: barras rotas en el
rotor, rotores excentricos, desequilibrio entre fases múltiples,
entrehierro no uniforme, problemas impulso momento torsor
(barras sueltas o devanados sueltos en estator):
Detección:
Aparecen a frecuencia de la red (50 Hz - 3000 cpm)
Problema impulso momento torsor: 2xf red (100 Hz - 6000 cpm)
¡¡Problema!!: ωgiro=3000cpm/pares de polos
(Pueden confundirse problemas eléctricos y mecánicos)
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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Fuerzas hidro y aerodinámicas
-
-
Se producen en máquinas que manejan fluidos (aire, agua,
aceite y gases). Vibración o ruido por la reacción de los
alabes o aspas del impulsor al golpear los fluidos (común en
bombas, compresores, ventiladores, y soplantes).
Máquinas con álabes (compresores o bombas), que mueven un
fluido en régimen laminar, alteraciones del movimiento del
fluido por un determinado obstáculo (deformación de un
alabe, obstrucción, etc.), aparece una turbulencia, que
provocará una vibración.
Detección:
Frecuencia
(cpm)
Fenómeno
Causa
nºaspas x rpm
(y múltiplos)
nºalabes x rpm
(y múltiplos)
Fuerzas
aerodinámicas
Fuerzas
hidráulicas
Altas (aleatorio)
Cavitación
Bajas (aleatorio)
Turbulencia
Alteración del movimiento
aire
Alteración del movimiento
fluido
Burbujas en bomba
(gran depresión)
Presión de vapor líquido
Mezcla de fluidos de baja y
alta velocidad
Altas (aleatorio)
Recirculación
(Inverso a
cavitación)
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(presión de aspiración
elevada)
Se excede capacidad bomba
VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5:
Medida de Vibraciones
Resonancias (≈fpropias)
Frecuencias de excitación:
Velocidad de giro, velocidad de giro por número de álabes o
palas, velocidad de giro por número de cilindros, otras
máquinas....
Determinación: Arranques de máquinas
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