1.- Vibraciones Inter Andean

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    25-Jul-2015

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CURSO DE VIBRACIONESINTER ANDEDAN TRADING S.A.C.Ing. Ricardo Fuentes B.

Que es una vibracin?

ES EL MOVIMIENTO CCLICO DE UNA MASA, QUE FORMA PARTE DE UN SISTEMA ELSTICO, ALREDEDOR DE SU POSICIN DE EQUILIBRIO

La base principal de las seales de vibracin en el dominio del tiempo son las ondas sinusoidales. Estas son las ms simples y son la representacin de las oscilaciones puras. Una oscilacin pura puede ser representada fsicamente con el siguiente experimento: Imagnese una masa suspendida de un resorte como el de la figura 1a . Si esta masa es soltada desde una distancia Xo, en condiciones ideales, se efectuar un movimiento armnico simple que tendr una amplitud Xo. Ahora a la masa vibrante le adicionamos un lpiz y una hoja de papel en su parte posterior, de manera que pueda marcar su posicin. Si tiramos el papel con velocidad constante hacia el lado izquierdo se formar una grfica parecida a la figura 1B. El tiempo que tarda la masa para ir y regresar al punto Xo siempre es constante. Este tiempo recibe el nombre de perodo de oscilacin (medido generalmente en seg o mseg) y significa que el resorte complet un ciclo.

Forma de onda senoidal

MEDICIONES DE AMPLITUD

ONDA SIMPLE

ONDA COMPUESTA

RELACIN ENTRE LAS DISTINTAS FORMAS DE MEDIR LA AMPLITUDFORMA DE ONDA SIMPLERMS = 0,707 0-PICO = 0,5* *

FORMA DE ONDA COMPUESTARMS < 0,707 0-PICO > 0,5* *

0-PICO PICO-PICO

0-PICO PICO-PICO

QUE MEDICION UTILIZAR?

RMS: valor muy estable, indicado para sistemas de alta energa de vibracin (altas rpm) 0-Pico: valor muy sensible a pequeos cambios, indicado para sistemas de baja energa (bajas rpm)

FASE DE UNA VIBRACIONLa fase realmente es una medida de tiempo entre la separacin de dos seales, la cual puede ser relativa o absoluta. Generalmente es medida en grados. La figura muestra dos seales sinusoidales de igual amplitud y perodo, pero separadas 90 grados, lo cual indica que ambas curvas estn desfasadas 90 grados

VIBRACION COMPUESTAUna seal compuesta es una sumatoria de varias seales sinusoidales que comprenden cada uno de los componentes que se encuentran en la mquina, mas todos los golpeteos y vibraciones aleatorias. El resultado es una seal como la ilustrada en la figura

ESPECTRO DE VIBRACIONExisten otras formas para realizar un estudio de vibraciones, entre las cuales se encuentra mirar esta seal en el dominio de la frecuencia. Esta es la grfica de Amplitud vs. Frecuencia y es conocida con el nombre de espectro. Esta es la mejor herramienta que se tiene actualmente para el anlisis de maquinaria. Fue precisamente el matemtico francs Jean Baptiste Fourier (1768 1830) quien encontr la forma de representar una seal compleja en el dominio del tiempo por medio de series de curvas sinusoidales con valores de amplitud y frecuencia especficos

FFTEntonces lo que hace un analizador de espectros que trabaja con la transformada rpida de Fourier es capturar una seal desde una mquina, luego calcula todas las series de seales sinusoidales que contiene la seal compleja y por ltimo las muestra en forma individual en el eje X de la frecuencia. En la anterior ilustracin de tres dimensiones puede notarse claramente la seal compleja (en color verde), capturada desde una mquina. A dicha seal se le calculan todas las series de seales sinusoidales en el dominio del tiempo (vistas en azul) y por ltimo se muestra cada una en el dominio de la frecuencia (vistas en rojo). La figura siguiente muestra una seal en el dominio del tiempo y su correspondiente en el dominio de la frecuencia.

VARIABLES A CONTROLAR

DESPLAZAMIENTO DE VIBRACION X = X0 SEN tVELOCIDAD DE VIBRACION V = X0 COS t ACELERACION DE VIBRACION A = - X0 2 SEN t

siendo: Xo = desplazamiento mximo w = frecuencia angular t = tiempo

CONSIDERACIONES RESPECTO DE LAS VARIABLESLos que indican los instrumentos, en una medicin convencional, es su valor mximo, en valor absoluto. Desplazamiento = X o Velocidad = Xo Aceleracin = Xo Aqu podemos apreciar que la medicin de desplazamiento no da ninguna informacin respecto del esfuerzo, ya que no est influenciado por la frecuencia. En cambio la velocidad, tiene dentro de s esta variable. Por esta razn es que la medicin recomendada es la velocidad de la vibracin. Este argumento se ver fortalecido cuando analicemos las normas de severidad de vibraciones. Con lo cual se deduce que no tiene sentido desde el punto de vista de los esfuerzos internos controlar desplazamiento .

CONSIDERACIONES RESPECTO DE LAS VARIABLESEn cambio la aceleracin tiene su utilidad en los fenmenos de alta frecuencia. Imaginemos un problema de lubricacin cuyas frecuencias caractersticas estn por encima de 5000 ciclos por segundo (5Khz) Para que exista vibracin, tiene que existir movimiento. En este caso habr, pero ser extremadamente pequeo: X 0 Si a ese fenmeno lo estamos midiendo en velocidad, tenemos: V = Xo entonces V 0 Aunque es un nmero elevado, para la frecuencia mencionada es de 300.000(1/s), Xo 0, por lo tanto tambin tender a cero V. En cambio si utilizamos aceleracin: a = Xo con Xo 0. Al elevar al cuadrado un nmero tan alto, por ms que X0 0, la aceleracin arrojar un nivel fcilmente detectado.

CONSIDERACIONES RESPECTO DE LAS VARIABLESCONCLUSION Con VELOCIDAD se pueden evaluar las componentes de baja frecuencia, (hasta 1 Khz), que son originados por defectos de montaje. Con ACELERACIN se evalan los fenmenos de alta frecuencia como son los de desgaste. La medicin de DESPLAZAMIENTO no es recomendable. .

VIBRACIONES RELATIVAS

VIBRACIONES ABSOLUTAS

SENSOR INDUCTIVO DE PROXIMIDAD

D = MEDICIN DIRECTA V = D/ t a = 2D/ t

SENSORES DE VELOCIDAD

D = v dt V = MEDICIN DIRECTA a = V/t

ACELEROMETROS2da LEY DE NEWTON

D = a dt V = a dt a = MEDICIN DIRECTA

UNIDADES

VELOCIDAD: mm/seg ; in/seg ACELERACION: g ; m/seg2

FORMA DE MEDIR RMS 0-PICO PICO-PICO

DONDE MEDIR LA VIBRACION

BAJAS FRECUENCIAS

VELOCIDAD: VARIABLE MAS REPRESENTATIVA RELACION DIRECTA CON LAS RPM DE GIRO DEL EQUIPO CONTROLADO LAS FALLAS COINCIDEN CON RPM O MULTIPLOS DE ESTA

FALLAS DETECTABLES

DESBALANCEO DESALINEACION SOLTURA MECANICA (JUEGO) EXCENTRICIDAD DE ROTORES PROBLEMAS DE CORREAS EJES FLEXIONADOS TRANSPORTE DE FLUIDOS FALLAS ELECTRICAS

ISO 10816-3

DESBALANCEO DE FUERZA

Su amplitud aumenta con el cuadrado de la velocidad Se presenta en fase y constante La 1X siempre presente y domina el espectro, radial Se corrige con un solo peso central

DESBALANCEO DE CUPLA

Su amplitud aumenta con el cuadrado de la velocidad Se presenta desfasado en 180 y constante La 1X siempre presente y domina el espectro, radial y axial Se corrige con dos pesos en planos separados

DESBALANCEO DE ROTOR EN VOLADIZO

Su amplitud aumenta con el cuadrado de la velocidad Se presenta en fase axial, radial puede no ser constante La 1X siempre presente y domina el espectro Suele predominar en sentido axial Puede necesitar correccin en uno o dos planos

ROTOR EXCENTRICO

Mayores vibraciones en 1X del componente excntrico Lecturas ortogonales en fase u opuestas. Amplitud predominante en direccin hacia los centros No se corrige con balanceo

EJE CURVADO

Predomina la 1X si esta curvado hacia el centro, tiende hacia la 2X si esta curvado hacia las uniones Lecturas axiales desfasadas 180 en cada componente Mayores amplitudes en direccin axial

DESALINEACION ANGULAR

Se caracteriza por amplitudes axiales elevadas En el espectro pueden predominar la 1X, 2X 3X dependiendo del tipo de acople, rigidez etc. Lecturas axiales desfasadas 180 a travs del acople

DESALINEACION PARALELA

Se caracteriza por amplitudes radiales (vertical) elevadas En el espectro suele predominar la 2X Depende en gran medida del tipo de acople Lecturas radiales desfasadas 180 a travs del acople

RODAMIENTO ATRAVESADO EN EL EJE

Se caracteriza por amplitudes axiales elevadas En el espectro suele predominar la 2X Lecturas axiales a cada lado (horizontal o vertical) desfasadas 180

RESONANCIA

Sucede cuando una frecuencia forzada coincide con la frecuencia natural de algn componente. En el espectro predomina la componente que coincide con la frecuencia natural Lecturas de fase a 90 en la resonancia y de 180 al pasar por ella

SOLTURA MECANICA (BASE SUELTA)

En el espectro predomina la 2X y puede aparecer un 0.5X si la soltura es importante Es altamente direccional Lectura desfasada 180 entre pata y base

SOLTURA MECANICA (ENTRE EJE Y APOYO)

En el espectro predomina la 2X con mltiples armnicas y puede aparecer un 0.5X y armnicos Lecturas de fase inestables

COJINETE DE FRICCION (HOLGURA)

En el espectro se observan varias armnicas Suelen amplificarse leves problemas de desbalanceo y/o desalineacin Predomina en direccin radial

COJINETE DE FRICCION (OIL WHIRL)

El espectro se presenta una componente subarmnica Causado por condiciones inadecuadas de operacin Predomina en direccin radial

FUERZAS HIDRAULICAS (PASO DE PALETAS)

Se observa en espectro componente de paso de alabes Puede presentarse una 2X de FPA Causas: obstrucciones en caeras, fallas en difusores, aspas con ngulos distintos

FUERZAS HIDRAULICAS (FLUJO TURBULENTO)

Espectro con presencia de FPA y componentes aleatorias de baja frecuencia (< 2000 cpm) Causa: variaciones de presin o de velocidad de aire que pasa a travs de un ventilador

CORREAS FLOJAS

Fc siempre menor que rpm de poleas No predomina en el espectro, suele presentar 2 o 3 armnicas

DESALINEACION DE POLEAS

En el espectro domina la 1X de la polea Direccin axial de mayor amplitud Puede aparecer una 2X

EXCENTRICIDAD DEL ESTATOR

El espectro presenta una componente importante en 2X de la frecuencia de lnea Predomina la direccin radial No se debe confundir con la 2X de un motor de 2 polos

ROTOR EXCENTRICO

En espectro aparece dominante la 2FL con bandas laterales de FPP Pueden aparecer BL alrededor de la 1X

PROBLEMAS DEL ROTOR

En espectro de baja frecuencia se observan BL alrededor de la 1X y sus armnicas En alta frecuencia domina la FPB rodeada de BL con frecuencia = 2FL Mayores amplitudes en direccin radial

DAGNOSTICO: BARRAS CORTADAS MOTOR CAA Espectro de vibraciones escala lineal.

B Espectro de corriente con escala logartmica y diagnostico automtico.

PROBLEMAS DE FASE

El espectro presenta una 2FL dominante rodeada por BL de frecuencia 1/3 de FL Amplitud dominante radial

PROBLEMAS EN MOTORES DE CC

Presenta un espectro con frecuencia dominante = 6FL que es la frecuencia de disparo de tiristores Amplitud dominante radial

PULSACION

Sucede cuando una fuente de vibracin interfiere con otra. Generalmente se produce por dos mquinas cercanas que trabajan casi a la misma velocidad. El espectro muestra dos picos con frecuencias similares. La diferencia de estas da como resultado una pulsacin. La ilustracin izquierda representa estas frecuencias en el dominio del tiempo y la suma de ambas. Para solucionar el problema se deben aislar estructuralmente las mquinas en conflicto

ALTAS FRECUENCIASACELERACION: VARIABLE MAS REPRESENTATIVA RELACION CON MULTIPLOS SUPERIORES DE LAS RPM DE GIRO DEL EQUIPO CONTROLADO

FALLAS DETECTABLESFALLAS DE RODAMIENTOS FALLA DE PELICULA LUBRICANTE CAVITACION FALLAS DE ENGRANE

FALLAS EN RODAMIENTOS

1 etapa: seales ultrasnicas (sin indicaciones)

2 etapa: pequeas fallas excitan frecuencias naturales del rodamiento3 etapa: aparecen frecuencias de defecto del rodamiento, crece nro de bandas laterales 4 etapa: se afecta la 1X, comienzan a desaparecer defectos del rod. Aumenta piso de ruido

FALLA DE PELICULA LUBRICANTE

Se ubica en altas frecuencias No presenta componentes de frecuencia definida Suele desaparecer al engrasar o reemplazar el lubricante

FUERZAS HIDRAULICAS (CAVITACION)

Espectro con presencia de FPA y componentes aleatorias de alta frecuencia (> 30 Kcpm) Causa: normalmente indica presin de succin insuficiente

DESGASTE EN ENGRANAJES

Espectro con presencia de FE y bandas laterales

DESALINEACION Y DESGASTE SEVERO DE ENGRANAJES

Espectro con presencia de FE y armnicas de FE con bandas laterales

CUADRO DE TOLERANCIA PARA RODAMIENTOSAceleracin (g) [rms]5.0+ 3.0~5.0 1.5~3.0 0.75~1.5 0.2~0.75

G (se)3.0+ 1.5~3.0 0.8~1.5 0.4~0.8 0.2~0.4

SeveridadPeligroso Muy malo Malo Aceptable Bueno

0.01~0.2

0.01~0.2

Muy Bueno

COMO ANALIZAR UN ESPECTO VIBRATORIO

Relacionar en forma precisa la frecuencia de las vibraciones con la velocidad de rotacin de la mquina Determinar para cada componente (o frecuencia) vibratoria o grupos de componentes, la causa que la genera. Considerar que las vibraciones pueden provenir de: Vibraciones propias al funcionamiento de la mquina: componentes a la frecuencia de paso de labes en turbomquinas, componentes a la Fe en cajas de engranajes, etc.

Vibraciones generadas por condiciones inapropiadas de funcionamiento: bombas centrfugas que trabajan a bajo flujo o con impulsores de dimetro muy grande, carga excesiva en cajas reductoras, etc. Vibraciones provenientes de otras mquinas. Vibraciones generadas por fallas en la mquina: desalineamiento, solturas, rodamientos daados, etc.

IMPORTANTE: GENERAR ESPECTRO BASE

Se denomina espectro base a las mediciones efectuadas sobre una mquina nueva y con buenas condiciones de montaje

QUE BUSCAR EN UN ESPECTRO

Componentes a la velocidad de rotacin de la mquina Armnicos (1X, 2X, 3X, etc.) de la velocidad de giro Frecuencias ms bajas de la velocidad de rotacin, ver si son subarmnicos

Familias de armnicos y/o subarmnicos no relacionados con la rotacin Identificacin de bandas laterales Vibracin de banda ancha

ANALISIS DE FASE

Un desbalanceo de fase es evidenciado por una fase casi idntica en direccin radial en cada apoyo del rotor de una mquina El desbalanceo de cupla muestra una relacin fuera de fase de aproximadamente 180, cuando se compara la fase en direccin horizontal radial (para rotores entre apoyos)

El desbalanceo dinmico se indica cuando la diferencia de fase est bien alejada de 0 o 180, pero es casi la misma en direccin horizontal y vertical La desalineacin angular est indicada por una diferencia de fase de aproximadamente 180 a travs del acoplamiento medida en direccin axial La desalineacin paralela est indicada por una diferencia de fase de aproximadamente 180 a travs del acoplamiento medida en direccin radial Un eje flexionado causa que la fase axial del mismo sea de aproximadamente 180 cuando se soporta entre apoyos

La resonancia muestra un cambio de fase de 90 en el momento en que la frecuencia forzada coincide con la frecuencia natural y se aproxima a 180 entre el momento anterior y posterior de pasar por la frecuencia natural La soltura debida a problemas de base se indican por un cambio de fase de casi 180 entre pie de mquina y base La soltura mecnica debida a rotores flojos presenta gran inestabilidad de fase entre una medicin y otra posterior

CUANDO UTILIZARLASu mayor uso se dar en mquinas que han experimentado un crecimiento importante de los valores de vibracin en 1X, 2X y 3X RPM

ANALISIS DE ENVOLVENTEDETECTA FALLAS INCIPIENTES EN RODAMIENTOS DETERMINA FRECUENCIAS DE FALLAS DE RODAMIENTOS

PROCESAMIENTO DE SEAL

PARAMETROS: ENVOLVENTEA

B

Evaluacin del espectro envolvente: Al poner en la configuracin las RPM y nmero de rodamiento, Aparecen marcas en el espectro correspondientes a las frecuencias de las distintas fallas: pista interna, externa, elemento rodante y jaula. Si algunas de las componentes de la medicin coinciden con las marca de alguna falla, se esta en condiciones de diagnosticar la falla de ese componente.

C

D

REDUCTOR BAJAS VUELTAS SIN EVIDENCIAS SIGNIFICATIVAS DE FALLA

ESPECTRO ENVOLVENTE DONDE QUEDAN EN EVIDENCIA LAS FALLAS

MULTIPLOS DE FALLA DE PISTA INTERNA

MULTIPLOS DE FALLA DE PISTA EXTERNA

Desbalanceo ventilador centrfugo de 3600 rpmEquipo Sop 2 GT1 2V ESPVL 16/09/200918,01x X: 3600 Y: 16,739

16,0

14,0

12,0

mm/s

10,0

8,0

6,0

4,0

2,0

0,0 3000 6000 9000 12000 15000 cpm 18000 21000 24000 27000

Desalineacin paralela en bomba de 3600 rpmEquipo ABFP1 2V ESPVL 12/09/200916,0

14,0

12,0

10,0mm/s

8,0

6,0

4,0

2,0

0,0 3000 6000 9000 12000 15000 CPM 18000 21000 24000 27000

Aeroenfriador con desalineacin de poleasEquipo E 7495 2H ESPVL 18/06/2009Frecuencia de correas Fc1 360X: 900 Y: 3,677

0,595

3,5

3,0

2,5

mm/s

2,0

1,5

1,0Fc1 X: 1740 Y: 0,63

0,5

0,0 1200 2400 3600 4800 6000 cpm 7200 8400 9600 10800

Ventilador con desbalanceo y solturaEquipo Vent-Ext 3H ESPVL 10/09/20092x 6075,0 0,75 Armnicas X: 3000 3x 4x 5x 6x 7x 8x 9x 9000,0 1,941 12000,0 2,599 15000,0 2,156 17925,0 1,06 21000,0 1,275 24000,0 0,789 27000,0 0,337 10x 0,0 11x 4,0

11,0

1x X: 3000 Y: 10,617

10,0

9,0

8,0

7,0mm/s

6,0

5,0

4,0

3,03x

4x 5x 7x 8x 9x

2,06x 2x

1,0

0,0 3000 6000 9000 12000 15000 cpm 18000 21000 24000 27000

Ventilador con efecto de resonancia11 10 9 8 7mm/s

Comparacin

6 5 4 3 2 1 0 1080 2160 3240 4320 5400 cpm 6480 7560 8640 9720 10800 11880

E 7750-1V-ESPVL 14/04/2008 RMS 3,27 E 7750-1V-ESPVL 19/09/2008 RMS 2,22

E 7750-1V-ESPVL 22/05/2008 RMS 13,93

Falla de rodamiento en motorEquipo E 6300 2H ESPAL 10/09/20093,0

2,5

2,0

G

1,5

1,0

0,5

0,0 1000 2000 3000 4000 5000 Hz 6000 7000 8000 9000

Evolucin de falla en rodamiento ventilador

Zoom de zona de fallaEquipo GT-8 3V ESPAM 17/04/2007BI 5 1440 0,327 BI 4 1500 0,353 BI 3 1560 0,888 BI 2 1620 1,697 Bandas Laterales X: 1740 BI 1 BD 1 1680 3,657 1800 1,151 BD 2 1860 0,484 BD 3 1920 1,438 BD 4 1980 1,018 BD 5 2040 0,684

6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5G

X: 1740 Y: 5,87

BI1

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 2000 HzBI5 BI4 BI3 BD2

BI2 BD3 BD1 BD4 BD5

Falla en reductorEquipo GT-8 3V ESPAM 17/04/20076,0

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5G

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0 1000 2000 3000 4000 5000 Hz 6000 7000 8000 9000