Se aplica en equipos y maquinarias que están en movimiento rotativo o alternativo El aumento en el nivel de vibración suele deberse a un desperfecto o falla mecánica El AV permite detectar las averías en su etapa inicial, se toman lecturas y se procesa la información Vibración: Movimiento oscilante en cualquier dirección en el espacio que parte de un punto de equilibrio. En una máquina rotativa son periódicas, se repiten cada determinado tiempo. La forma más común son las formas sinusoidales El movimiento armónico simple es el adecuado para describir las características de la vibración en una máquina. Análisis de vibraciones Ventajes del uso de equipo en medición de vibraciones: • Las intervenciones son más especializadas • Los paros en producción se pueden programar • Las reparaciones son especificas y eficientes Características de la vibración: • Amplitud (desplazamiento, velocidad y aceleración): Indica la gravedad del problema • Frecuencia: Número de ciclos completos en un periodo. • Fase del movimiento de la vibración. • Energía de impulsos: Mide los impulsos de energía de vibración de breve duración Factores que provocan diferentes niveles de vibración: o Armado y diseño de maquinaria o Operación Los paros prolongados afectan los rotores de los motores, turbinas y generadores. Amplitud de la vibración indica la condición de operación de la maquinaria es posible determinar si la máquina está operando en condiciones aceptables o requiere alguna corrección Medición de la vibración frecuencia de Vibración: el periodo es el tiempo requerido para que un punto tomado como referencia regrese a su posición original, la frecuencia es el inverso del período. Medición de la frecuencia: Las fuerzas que producen la vibración son generadas por el movimiento rotativo de las piezas que forman la máquina, la frecuencia de la vibración depende directamente de la velocidad de rotación de la pieza afectada Se suele medir en términos de : Desplazamiento Velocidad Aceleración El desplazamiento es la distancia total que recorre la masa . esta característica permite reconocer patrones de muy baja frecuencia. La amplitud se refiere a cuánto movimiento puede tener una masa desde una posición neutral velocidad de la vibración permite reconocer la mayoría de los patrones de fallas primarias, este en función del desplazamiento y de la frecuencia Fase: posición de una pieza que vibra en relación con un punto fijo u otra pieza que vibra Problemas: • Desequilibrio de una pieza que gira • juego excesivo • cojinetes antifricción que presentan defectos de vista bola o rodillo • engranes defectuosos aceleración: es el coeficiente del cambio de velocidad, permite reconocer patrones asociados a contactos metal – metal y fricciones abrasivas Aplicaciones: comparación del movimiento relativo de 2 o más componentes de una máquina o estructura en él balanceo dinámico, permite el equilibrio de piezas en una forma muy rápida y eficaz Efectos de la vibración: la vibración es resultado de fuerzas de excitación que producen fuerzas dinámicas mayores. • Aumento del nivel de ruido • aflojamiento o soltura de sus componentes • rotura de partes o de la estructura de soporte • daño o desgaste prematuro de rodamientos, engranajes y ejes Vibración aleatoria : no cumple con patrones especiales y resulta difícil detectar dónde comienza un ciclo y dónde termina . Suelen estar asociadas a turbulento en compresores y bombas ,problemas de lubricación ,contacto metalmetal. Frecuencia natural y resonancia: dependen de las características estructurales de la máquina. Masa Rigidez Amortiguación Resonancia: Si la frecuencia natural es excitada por un agente externo, la amplitud de vibración de la máquina se incrementa en gran medida causando defectos Golpeteos intermitentes: se asocian con golpes continuos que crean una señal repetitiva, se encuentran por lo común en los engranajes. este tipo de señales tiende a disminuir debido al amortiguación del medio. Una vibración es una señal compuesta sumatoria de varias señales sinusoidales que comprenden cada uno de los componentes que se encuentran en la máquina Una vibración se puede analizar e identificar mediante la transformada de Fourier . esto dio pie a la creación de unas gráficas llamadas espectros, En las cuales se representa la onda vibratoria en el dominio de la frecuencia . Los picos de vibración reciben el nombre de espectros de vibración, representan las frecuencias de cada excitación la amplitud que produce. Es la herramienta más usada en el análisis de vibraciones. El analista de vibraciones mide la señal de vibración de la máquina mediante equipos llamados colectores de datos, los cuales utilizan la transformada rápida de Fourier, descomponiendo la onda temporal de vida en ondas simples signos zodiacales en el dominio de la frecuencia y mostrando de forma individual los diferentes espectros de vibración para cada frecuencia determinada Es la transformación de una señal en el dominio del tiempo hacia una representación en el dominio de la frecuencia. La velocidad de giro de la máquina es fundamental para establecer un buen análisis vibratorio a través de esta se relacionan los picos de vibración obtenidos en el espectro, se representa en el eje X y recibe el nombre de velocidad de sincronismo En un aspecto normalizado en órdenes, cada uno de los armónicos de la señal está en la misma ubicación en la gráfica sin considerar la velocidad de giro. si la velocidad ha cambiado en cada una de las mediciones, se dice que se trata de una máquina de velocidad variable y en estos casos no es recomendable usar espectros en modo de frecuencia La región del espectro ubicada por debajo de la velocidad de giro recibe el nombre de zona Sub síncrona y se obtiene picos de vibración en esta zona se dice que el espectro contiene frecuencias sub armónicas. La existencia de estas frecuencias en el espectro suelen ser síntoma de problemas mecánicos e identifica la presencia de holguras Análisis espectral Al efectuar el análisis de vibraciones a una máquina, el éxito de ese análisis depende de la correcta interpretación que se le da a los espectros capturados Conocer la velocidad de giro de la máquina y su importante , ya que en función de esta velocidad es posible analizar las frecuencias armónicas , sub síncronas y Síncronas. Permite identificar qué componente está siendo afectado. Es conveniente comparar los resultados de un espectro respecto a otro. La frecuencia natural de un sistema es aquella que tiene una tendencia o facilidad para vibrar, es una característica intrínseca del sistema en cuestión pues depende de la rigidez y la masa del sistema parecen frecuencias llamadas no síncronas son aquellas que no son múltiplos enteros de la velocidad de giro . la aparición de estas frecuencias suele dar a pie de problemas derivados en rodamientos Otras frecuencias que aparecen en el espectro son las llamadas frecuencias armónicas de la velocidad de sincronismo que son múltiplos enteros de esta. La desalineación y el desequilibrio son fallos típicos que presentan este patrón de frecuencias armónicas . Desbalanceo es ocasionado por las partes rotatorias de los equipos y consiste en el efecto de la fuerza centrífuga que se transmite a los apoyos de cojinetes del equipo. la vibración ocasionada por el desequilibrio se caracteriza por : • una frecuencia equivalente a 1 rps de la parte desequilibrada • la amplitud de vibración es proporcional a la cantidad de desequilibrio existente • la amplitud de vibración más alta se manifiesta en el sentido radial El desbalanceo mecánico en partes rotativas es por : • flechas flexionadas • falta de homogeneidad en materiales • errores de maquinado • desgaste irregular Clasificación de fallas en los equipos ocasionadas por las vibraciones. Desbalanceo estático ocurre por desgaste radial superficial no uniforme en rotores en los cual es su largo es expresable en comparación con su diámetro Desbalanceo dinámico es debido principalmente a desgastes radiales y axiales simultáneos en la superficie del rotor. para corregir la falla se recomienda balancear el rector en 2 planos con las más adecuadas y en las posiciones angulares. desbalanceo por rotor colgante es producido por desgaste en la superficie del rotor y flexión del eje Desalineación se detecta al manifestarse como una vibración alta en la dirección axial. es la condición en la que los ejes de la máquina conductora y conducida no poseen la misma línea de centros. las posibles causas son: • defecto asociado al acoplamiento durante el montaje • mal mecanizado del acople • dilataciones térmicas provocadas durante el funcionamiento • Asentamientos • bases débiles Desalineación angular • se caracteriza por alta vibración axial y diferencias en la fase de 180° de un lado a otro de los coples • registra altas vibraciones axiales • se hace más crítica si no se tiene en cuenta el crecimiento térmico de cada apoyo de las máquinas por alinear desalineación paralela ocurre cuando los ejes del motor y del rotor conducido están paralelos pero no son con lineales el tipo de cople tiene gran influencia en el comportamiento del espectro si la desalineación es aún mayor Las chumaceras con desgaste dan lugar a una vibración de frecuencia equivalente a varias veces la velocidad de rotación del eje y de amplitud de variable Desalineación la mala posición de las chumaceras en una máquina con transmisión de poleas propicia que el eje no se acomode de manera correcta, generando vibraciones anormales en sentido axial y radial Holgura mecánica eje –agujero se caracterizan por la presencia de toda una serie de armónicos, las chumaceras planas presentan altas amplitudes de vibración en la dirección vertical en comparación con las lecturas horizontales . Se manifiesta como golpeteo. Holgura eje –agujero el aflojamiento de manguitos, tolerancias de manufactura inadecuadas y el gura entre el impulsor y su eje de bomba causa un truncamiento en la forma de onda en el dominio del tiempo Desajuste estructural el espectro presenta vibración a 1X rps en la base de la máquina, con desfase a 180° entre los elementos sujetados en el anclaje. Chumaceras Rotor excéntrico: ocurre cuando el centro de rotación no coincide con el centro geométrico en una polea o engranaje, para corregir la falla el rotor debe ser reensamblado o reemplazado. Rotor o eje pandeado: esta falla por lo común se presenta en ejes largos .se produce por esfuerzos excesivos en el eje, para corregir la falla debe rectificarse o cambiarse Excentricidad Las fuentes son : • aflojamiento o soltura de los tornillos de sujeción de chumaceras de apoyo • las grietas en estructura de apoyo o grietas en los pedestales • holgura o el debilitamiento de las patas de las máquinas • relleno de mortero deteriorado existe cuando el centro de rotación se encuentra desplazado del centro geométrico de poleas, engranes, cojinetes antifricción. sus características son: • la vibración más alta es a 1X rps del componente excéntrico y en la dirección de la línea imaginaria que une las líneas de centro de ambos rotores • Las lecturas comparativas de fase entre los ejes horizontal y vertical son de 180° Resonancia condición crítica que produce amplificaciones muy altas en los niveles de vibración se traduce en fallas prematuras. ocurre cuando el equipo opera a una velocidad igual a la frecuencia natural del sistema o de sus apoyos . la frecuencia natural puede excitarse en • el rotor • base de soporte • Cimentación Existen métodos para corregir los problemas relacionados con la resonancia: • modificar la frecuencia de fuente de excitación • modificar la masa del sistema • modificar la rigidez del sistema la resonancia por lo general ocurre cuando la velocidad de una fuerza conducida igual a la frecuencia natural de una estructura Pulsaciones ocurren cuando una fuente de vibración interfiere con otra, suele producirse por 2 máquinas cercanas que trabajan a velocidades similares. el espectro muestra 2 picos con frecuencias parecidas; la diferencia entre estas da como resultado una pulsación Estado normal. el espectro característico muestra armónicos 1X y 2X RPS del piñón conductor y de la rueda conducida. Desgaste en diente se produce cuando el tiempo de operación excedido el tiempo de vida, te ha contaminado la grasa lubricante, elementos extraña circulando dentro de la caja del engrane . su espectro se caracteriza por la aparición de banda miento lateral alrededor de la frecuencia natural de vibración Fallas en engranajes Las vibraciones se producen a una frecuencia que resulta de multiplicar la velocidad de rotación de su eje por el número de dientes del engrane defectuoso. los problemas más comunes son: • desgaste en los dientes • carga en los dientes • Excentricidad en los dientes • desalineación entre engranes Sobrecarga en engrane Cuando todos los dientes se encuentran recibiendo sobrecarga continua, la amplitud de la GMF es muy excitada, pero no represente un problema si las bandas a su alrededor se mantienen bajas . este análisis es efectivo siempre y cuando se realice a la máxima carga de operación de la máquina Excentricidad ocurre cuando el centro de simetría no coincide con el centro de rotación. El backlash se produce cuando al terminar el contacto entre 2 dientes los 2 siguientes no entran de inmediato en contacto. para corregir el problema, el engranaje debe ser reensamblado o reemplazado si se encuentran problemas de manufactura Engranaje desalineado se presenta cuando las ruedas dentadas se ensamblaron con errores de alineación o cuando sus ejes no están paralelos. Problemas de vibración de choque son provocados por problemas leves en la manufactura o causados por manipulación indebida, lo que ocasiona que 2 dientes específicos del piñón y el engranaje conducido se encuentren y generen vibraciones de choque . Si se determina que el problema es grave debe reemplazarse el pan de engranajes y tener mayor preocupación en la manipulación Bandas Reacción de las bandas son susceptibles a diferentes problemas, puede ser que la banda esté reaccionando a otras fuerzas perturbadoras de la misma máquina: • desequilibrio excesivo • poleas excéntricas • desalineación entre poleas • soltura mecánica Problemas propios los defectos en las bandas que producen vibraciones son: • Dañadas (agrietadas, trozos caídos) • Deformadas • flojas o disparejas • cuerpos duros o blandos Resonancia de las bandas cuando la frecuencia natural de las bandas coincide con la frecuencia de giro de cualquiera de las poleas es posible que se ocasione niveles altos de vibración Desalineación de poleas ocurre porque los ejes de las poleas no están alineados con las poleas no están paralelas. la medición correcta de las amplitudes de las vibraciones depende de donde sean tomados los datos Distensión ocurre por sobrepaso de la vida útil de la banda o por desgaste excesivo de esta. las frecuencias de banda siempre están por debajo de la frecuencia del motor o máquina conducida. Excentricidad de poleas suele ocurrir cuando el centro de rotación no coincide con el centro geométrico de una polea, su amplitud está por encima de las amplitudes de las frecuencias de las bandas Resonancia de la banda su sede cuando la frecuencia natural de la banda coincide o se aproxima a las RPS del motor o de la máquina conducida Resonancia banda sucede cuando la frecuencia natural de lavanda coincide o se aproxima a las RPS del motor o de la máquina conducida Flujo de gases Flujo de fluidos Las máquinas que trabajan con fluidos producen con frecuencia vibraciones debido a la reacción de los álabes del impulsor al chocar contra el fluido. las vibraciones de este tipo se observan en equipos como bombas, sopladores y abanicos • Estas vibraciones son generadas por: claro existente entre los alabes y las partes estacionarias • rotor excéntrico en comparación con la carcasa • obstrucciones en la tubería o ductos Cavitación es la entrada de aire o vaporización de un fluido dentro de la bomba. ocurre cuando la presión de fluido es menor que la presión de vapor a esa temperatura . genera vibración al azar en la zona de alta frecuencia Frecuencia de aspas es la frecuencia en la cual cada hasta pasa por un punto de la carcasa de la bomba . es producida por obstrucciones, cambios abruptos de direcciones o por desgastes de juntas Turbulencia del flujo ocurre en sopladores debido a las variaciones en presión o a la velocidad del aire que pasa a través del ventilador y de los ductos Recirculación se produce cuando una bomba funciona a una capacidad reducida o a una presión de vacío elevada Frecuencia de aspas frecuencia por la cual cada hasta pasa por un punto de la cubierta y es producida por obstrucciones o cambios abruptos de direcciones Turbulencia anormal esta turbulencia por lo general es causada por las variaciones de velocidad o la presión del aire que pasa a través de un ventilador o red de ventilación Fallas en rodamientos Vibración de alta frecuencia. Al producirse una velocidad que representa varias veces la velocidad de rotación del eje. Falla en pista interna y externa sucede cuando existe agrietamiento del material en la pista interna/ externa, producido por errores de ensamble Deterioro de la jaula Deformación de la caja o cubierta que mantiene en su posición a los elementos rodantes Falla en elementos rodantes sucede cuando existe agrietamiento o desastillamiento del material en los elementos rodantes Inestabilidad por latigueo del aceite. Vibración excitada por la película de aceite cuando hay desviaciones en las condiciones normales de operación La vibración en máquinas eléctricas, como motores, generadores y alternadores, Puede ser de origen mecánico o eléctrico. Problemas mecánicos • Desequilibrio • Desalineación • Soltura Fallas de origen eléctrico se debe a las fuerzas magnéticas desiguales que afectan al rotor y al estator, son ocasionadas por: • la excentricidad produce un entrehierro estacionario variable entre el rotor y el estator, lo que origina una vibración unidireccional alta • Devanados abiertos • solturas de las barras en los anillos de sujeción • Estator suelto • barras rotas o agrietadas Máquinas eléctricas Rozamiento entre partes cuando los componentes rotatorios de una máquina hacen contacto con alguna parte fija se produce el rozamiento su espectro es similar al de las soltura mecánica, puede ser serio y de corta duración Efectos de la vibración la vibración siempre es resultado de fuerzas excitación que producen fuerzas dinámicas mayores se manifiesta en formas de: • aumento del nivel de ruido • aflojamiento o soltura de sus componentes • rotura de partes o de la estructura del soporte • Daño o desgaste prematuro de rodamientos, engranajes y ejes Medidor de vibraciones es un instrumento portátil, pequeño, ligero y simple de operar sirve para revisar el nivel de vibración global o total que presentan las máquinas rotatorias Analizador/recopilador de datos Genera datos e información analítica mediante un software que combina de manera automática las tareas de recolección de datos y el análisis de vibraciones . El primer paso es medir la vibración en los múltiples puntos de las máquinas. la información se transfiere al software para las Funciones: • efectuar el análisis de la vibración • mostrar la tendencia de los valores • generar un reporte Monitor de vibración trabajo instalado de manera permanente o semipermanente con el fin de proporcionar una protección constante contra la vibración mecánica excesiva Equipos utilizados en la medición de la vibración Registro de las vibraciones es necesario contar con un registro de la vibración del equipo maquinaria para un proceso, ya sea para conocer su estado actual o detectar algún problema. El analizador de vibraciones además de medir la amplitud de la vibración es capaz de medir e indicar las frecuencias y la fase de la vibración. Se deben de considerar en la selección de algún tipo de analizador: • ¿puede ser utilizado para balanceo en campo? • ¿la marca de la fase es permanente o desaparece en operación? • ¿la red del filtro es ancha o angosta? • puede ser utilizado en condiciones ambientales difíciles en extremo? • ¿qué tipo de sensores pueden utilizarse? Selección de las máquinas que deben incluirse en el programa • las máquinas que se consideran críticas para la producción • las que están involucradas en sistemas de proceso continuo • las catalogadas con un alto costo de mantenimiento • el equipo de operación general de la planta como bombas centrífugas, compresores , ventiladores, unidades de calefacción y ventilación Selección de los puntos de medición de vibración en los equipos Elección del parámetro a medir Hay una relación entre desplazamiento, velocidad de aceleración de la vibración • el desplazamiento es independiente de la frecuencia • la velocidad aumenta en forma directamente proporcional a la frecuencia • la aceleración aumenta con el cuadrado de la frecuencia Elección de la velocidad la velocidad se usa como una medida de seguridad debido a que se relaciona con la energía de vibración, y dicha energía se vincula con el efecto destructivo de la vibración Elección del desplazamiento Para máquinas que trabajan a baja velocidad la medición del desplazamiento es más fácil de medir su uso se centra en la localización de fallas como: • Desbalance • Desalineamiento • excentricidad en ejes Elección de la aceleración se utiliza sólo cuando las frecuencias esperadas son superiores a 300000 rpm Depende en gran medida del tipo de sensor y de la facilidad de acceso al punto de medición. Se recomienda colectar la mayor información posible de cada equipo, es decir, tomar datos de vibración para cada punto de medición en las posiciones o direcciones siguientes: • Horizontal • Vertical • Axial limitantes de tipo práctico que determinan la elección del parámetro a medir: • Las respuestas del tipo de sensor • la facilidad de montaje del sensor • el movimiento que se requiere medir (absoluto o relativo) • el trabajo a realizar (balanceo, diagnóstico) • la forma en el que el sensor afecta al sistema que se quiere medir Adquisición de la información el registro de información sirve para reportar al personal autorizado los datos de mayor importancia. se recomienda utilizar un formato para cada máquina Registro manual de vibraciones el registro manual se hace con el apoyo de un medidor de vibraciones sus ventajas son: • bajo costo • relativa facilidad de uso • una sola persona puede tomar la lectura a varias máquinas en un periodo corto Balanceo de rotores Si la masa de un elemento rotativo se encuentra distribuida alrededor del eje de rotación el elemento está equilibrado y no se produce vibración al girar Registro automático de vibraciones en las máquinas localizadas en lugares inaccesibles o remotos puede surgir alguna falla de forma rápida, en estos casos se recomienda un registro automático y continuo el cual debe hacerse mediante la instalación permanente de un registrador de vibraciones Selección de intervalos para verificaciones periódicas de vibración el tiempo importante tener en cuenta que el propósito de hacer inspecciones es detectar los problemas en su etapa inicial para seleccionar el tiempo en el cual se tomarán las lecturas es importante considerar • la importancia en la producción (qué tan crítico es el equipo para el proceso • el tipo de equipo (tamaño, velocidad de operación, potencia) • historial de mantenimiento (Qué tan frecuentes son sus fallas ) • el trabajo que desempeña La maquinaria de alta velocidad suelen recurrir inspecciones frecuentes Para maquinaria de uso general al inicio basta con inspecciones semanales
