• Author / Uploaded
• Carlos

• Categories
• Acelerómetro
• Engranaje
• Software
• Presupuesto
• Fabricación e ingeniería

Citation preview

Categoría

I

MOBIUS INSTITUTE

Manual de Curso de Capacitacion Categoría I

Produced by Grupo Marro

Manual Curso Capacitación Vibraciones – CategoríaI

Copyright 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved [email protected] www.mobiusinstitute.com Rev. 31-03-10

Traduccion a Español Agosto 2009 Pedro Cortez N.

Produced by Grupo Marro

C O N T E N I D O

P

1

Tabla de Contenido Capitulo 1

Prácticas de Mantenimiento .................................................................................... 1—1

¿Por qué realizamos análisis de vibraciones? ............................................................................ 1—2 ¿Cuáles costos podemos reducir? ......................................................................................... 1—3 ¿Por qué fallan las máquinas? ............................................................................................... 1—4 ¿Cómo puede lograr los mejores resultados? ....................................................................... 1—5 Prácticas comunes de mantenimiento....................................................................................... 1—6 Mantenimiento correctivo .................................................................................................... 1—8 Resumen de mantenimiento correctivo................................................................................ 1—9 Mantenimiento preventivo ................................................................................................. 1—10 Resumen de mantenimiento preventivo ............................................................................ 1—13 Mantenimiento predictivo .................................................................................................. 1—14 Resumen de mantenimiento predictivo.............................................................................. 1—17 Mantenimiento de precisión ............................................................................................... 1—17 Resumen de mantenimiento de precisión .......................................................................... 1—19 Salud mecánica y salud humana ............................................................................................. 1—20 Capitulo 2

Monitoreo de condición ............................................................................................ 2-1

Tecnologías para el monitoreo de condición ................................................................................ 2-4 Análisis de vibraciones .................................................................................................................. 2-5 Las cuatro fases del análisis de vibraciones ............................................................................. 2-8 Emisiones acústicas (ultrasonido aéreo)....................................................................................... 2-9 ¿Cómo funciona? ................................................................................................................... 2-10 Fugas de aire .......................................................................................................................... 2-12 Detección de válvulas de vapor defectuosas ......................................................................... 2-13 Detección de problemas eléctricos ........................................................................................ 2-14 Problemas de rodamientos y lubricación ............................................................................... 2-15 Detección de problemas mecánicos ...................................................................................... 2-17 Termografía infrarroja ................................................................................................................ 2-17 Transferencia de calor ............................................................................................................ 2-20 Calor emitido: emisividad....................................................................................................... 2-22 Calor reflejado ........................................................................................................................ 2-23

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2

C O N T E N I D O

Calor transmitido ................................................................................................................... 2-23 Mediciones confiables ........................................................................................................... 2-23 Aplicaciones eléctricas ........................................................................................................... 2-24 Aplicaciones mecánicas ......................................................................................................... 2-25 Sistemas de vapor .................................................................................................................. 2-26 Sistemas refractorios ............................................................................................................. 2-26 Pruebas de motores eléctricos ................................................................................................... 2-27 Pruebas fuera de línea / estáticas ......................................................................................... 2-28 Pruebas dinámicas en línea ................................................................................................... 2-30 Análisis de aceites ...................................................................................................................... 2-31 ¿Qué miden las pruebas de aceite?....................................................................................... 2-32 Análisis de partículas de desgaste ............................................................................................. 2-33 Análisis de aceite vs. Análisis de partículas de desgaste ....................................................... 2-34 Desgaste abrasivo .................................................................................................................. 2-35 Desgaste adhesivo ................................................................................................................. 2-35 Desgaste corrosivo ................................................................................................................ 2-35 Desgaste por corte................................................................................................................. 2-36 Desgaste por fricción ............................................................................................................. 2-36 Desgaste por roce .................................................................................................................. 2-36 Selección de la mejor tecnología ........................................................................................... 2-38 El futuro del monitoreo de condición ......................................................................................... 2-41 Repaso........................................................................................................................................ 2-41 Capitulo 3

Principios de vibración ............................................................................................... 3-1

Introducción a la vibración ........................................................................................................... 3-2 ¿Qué es la vibración? ............................................................................................................... 3-2 Formas de onda ........................................................................................................................... 3-6 Frecuencia ............................................................................................................................... 3-9 Período .................................................................................................................................. 3-10 Amplitud ................................................................................................................................ 3-12 Órdenes ................................................................................................................................. 3-20 Frecuencias de fallo.................................................................................................................... 3-24 Cómo describir la vibración ........................................................................................................ 3-27 Vibración compleja ................................................................................................................ 3-29 El factor cresta ....................................................................................................................... 3-31 Unidades de vibración ................................................................................................................ 3-31 Desplazamiento ..................................................................................................................... 3-33 Velocidad ............................................................................................................................... 3-34 Aceleración ............................................................................................................................ 3-37 Comparación entre unidades ................................................................................................ 3-39 Mediciones globales y tendencias .............................................................................................. 3-50

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C O N T E N I D O

P

3

Severidad de vibración y el estándar ISO 10816 .................................................................... 3-52 Introducción de la fase ............................................................................................................... 3-53 Fase y unidades de vibración ................................................................................................. 3-55 Fase absoluta y fase relativa .................................................................................................. 3-56 Capitulo 4

Adquisición de datos ................................................................................................. 4-1

Generalidades del proceso ....................................................................................................... 4-2 Transductores de desplazamiento ................................................................................................ 4-6 Transductores de velocidad .......................................................................................................... 4-9 Acelerómetros............................................................................................................................. 4-10 Tiempo de estabilización del acelerómetro ........................................................................... 4-12 Transductores piezoeléctricos................................................................................................ 4-13 Acelerómetros triaxiales ........................................................................................................ 4-13 Sensitividad ............................................................................................................................ 4-14 Calibración.............................................................................................................................. 4-15 Puntos de medición..................................................................................................................... 4-16 Accesibilidad........................................................................................................................... 4-20 Nomenclatura ........................................................................................................................ 4-22 Rutas y bases de datos ........................................................................................................... 4-25 Cargando la ruta ..................................................................................................................... 4-26 Seguimiento de ruta ............................................................................................................... 4-27 Problemas que se pueden presentar durante la ruta ............................................................ 4-30 ¿Por qué tanto énfasis en cómo se instala el sensor? ........................................................... 4-35 Cómo reconocer de datos erróneos ............................................................................................ 4-37 Transcientes térmicas ............................................................................................................ 4-38 Impactos mecánicos ............................................................................................................... 4-38 Sobrecarga ............................................................................................................................. 4-39 Mal montaje y armónicos inesperados .................................................................................. 4-40 Mala configuración................................................................................................................. 4-40 Problemas en sensores ICP .................................................................................................... 4-42 Observaciones de campo ....................................................................................................... 4-45 Descargar la ruta .................................................................................................................... 4-46 Inicio del proceso de análisis .................................................................................................. 4-46 Capitulo 5

Procesamiento de señales ......................................................................................... 5-1

Filtros ............................................................................................................................................ 5-2 Muestreo y resolución .................................................................................................................. 5-5 Muestreo y rango del muestreo............................................................................................... 5-5 Tiempo de muestreo ................................................................................................................ 5-9 Cómo afecta el tipo de ventana a la resolución espectral ..................................................... 5-14

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4

C O N T E N I D O

Promediado ................................................................................................................................ 5-14 Reducción de ruido ................................................................................................................ 5-15 Capitulo 6

Análisis de vibración .................................................................................................. 6-1

Validación de información ........................................................................................................... 6-3 Identificación de la velocidad de giro ........................................................................................... 6-7 Regiones espectrales .................................................................................................................. 6-10 Armónicos .................................................................................................................................. 6-13 Bandas laterales......................................................................................................................... 6-16 Ruido de piso espectral .............................................................................................................. 6-20 El proceso de análisis ................................................................................................................. 6-21 Comparación contra mediciones de referencia..................................................................... 6-24 Tendencia .............................................................................................................................. 6-25 Gráficos sobrepuestos y apilados .......................................................................................... 6-26 Gráficos de cascada ............................................................................................................... 6-27 Visualización logaritmica ....................................................................................................... 6-28 Enfoque de análisis de toda la máquina ................................................................................ 6-29 Frecuencias naturales y resonancia ........................................................................................... 6-32 ODS (deflexión de formas operacionales) ............................................................................. 6-34 Velocidad crítica .................................................................................................................... 6-38 ¿Por qué son importantes las resonancias? .......................................................................... 6-39 Solución de resonancias estructurales .................................................................................. 6-41 Soluciones para bombas en voladizo..................................................................................... 6-42 Desbalance ................................................................................................................................. 6-43 Desbalance de masa .............................................................................................................. 6-43 Sobre el desbalance ............................................................................................................... 6-44 Causas del desbalance ........................................................................................................... 6-45 Diagnostico de desbalance de masa ...................................................................................... 6-46 Severidad del desbalance ...................................................................................................... 6-48 Desbalanceo estático ............................................................................................................. 6-48 Desbalance par ...................................................................................................................... 6-49 Desbalance dinámico ............................................................................................................. 6-50 Desbalance en máquinas en voladizo .................................................................................... 6-51 Balanceo en sitio .................................................................................................................... 6-53 Desalineamiento ........................................................................................................................ 6-54 Definición de desalineamiento .............................................................................................. 6-55 Diagnóstico de desalineamiento angular .............................................................................. 6-58 Diagnostico de desalineamiento paralelo ............................................................................. 6-58 Solturas mecánicas .................................................................................................................... 6-62 Solturas rotacionales ............................................................................................................. 6-63 Solturas estructurales (flexibilidad estructural) .................................................................... 6-65

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C O N T E N I D O

P

5

Solturas en tornillos de chumaceras ...................................................................................... 6-67 Rodamientos (baleros)................................................................................................................ 6-68 Frecuencias de fallo de rodamientos ..................................................................................... 6-69 Las nueve etapas de degradación de rodamientos ................................................................ 6-72 Historial de caso: Ventilador #1 ............................................................................................. 6-79 Método de detección de alta frecuencia de daños en rodamientos .......................................... 6-85 Un repaso del proceso tipico de HFD (High Frequency Detection) ........................................ 6-86 Motores eléctricos ...................................................................................................................... 6-87 Fuentes de vibración .............................................................................................................. 6-88 Rotores eccéntricos ................................................................................................................ 6-90 Ventiladores, abanicos y compresores ....................................................................................... 6-90 Frecuencia de paso de álabes, aspas o lóbulos ...................................................................... 6-92 Cavitación ............................................................................................................................... 6-93 Transmisión de potencia por poleas y fajas ................................................................................ 6-94 Desgaste de fajas .................................................................................................................... 6-95 Cajas de engranajes .................................................................................................................... 6-96 Formas de onda y análisis de engranaje..................................................................................... 6-98 Capitulo 7

Configurar límites de alarma ..................................................................................... 7-1

Límites de alarma RMS ISO 10816 ................................................................................................ 7-4 RMS verdadero de una señal analógica ................................................................................... 7-4 Severidad de vibración e ISO 10816 ......................................................................................... 7-5 Límites de alarmas espectrales ................................................................................................... 7-10 Alarmas calculadas ..................................................................................................................... 7-14 Alarmas calculadas y relativas ................................................................................................ 7-14 Establecer la línea de base (línea de referencia) .................................................................... 7-14 Desviación estándar ............................................................................................................... 7-17 Una nueva visión de la estadística: máquinas idénticas ........................................................ 7-18 Bandas de alarma ....................................................................................................................... 7-21 Cómo funcionan ..................................................................................................................... 7-22 Frecuencias de bandas ........................................................................................................... 7-23 Alarmas de máscara o de envolvente ......................................................................................... 7-25 Compensación de velocidad................................................................................................... 7-27 Paralelo de amplitud .............................................................................................................. 7-28 Debilidades ............................................................................................................................. 7-29 Capitulo 8

Prueba de aceptación ................................................................................................ 8-1

Estándares para máquinas nuevas ............................................................................................... 8-2 Resonancias .............................................................................................................................. 8-6  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6

C O N T E N I D O

Analice la corrida inicial de la máquina ................................................................................... 8-8 Estándares aceptables para equipo reparado ............................................................................. 8-8 Definir los límites de alarma .................................................................................................... 8-9 Analice la corrida inicial de máquinas reparadas .................................................................. 8-10 Procedimiento para motores rebobinados ........................................................................... 8-10 Extractos del estándar de GM: .............................................................................................. 8-10 Apéndice A

Conocimiento del equipo....................................................................................... A-1

Motores eléctricos: Generadores y unidades. .............................................................................. A-2 Electricidad y magnetismo ........................................................................................................... A-3 Teoría general de motores eléctricos ........................................................................................... A-5 Motores de corriente alterna (A.C. Motors) ................................................................................. A-5 Motores D.C. .............................................................................................................................. A-10 Bombas ...................................................................................................................................... A-15 Principios de operación de una bomba ................................................................................. A-16 Tipos de cabeza ..................................................................................................................... A-18 Tipos de bombas .................................................................................................................... A-20 Abanicos ..................................................................................................................................... A-26 Principios de operación ......................................................................................................... A-27 Tipos de abanicos .................................................................................................................. A-29 Compresores .............................................................................................................................. A-33 Tipos de compresores............................................................................................................ A-34 Máquinas reciprocantes............................................................................................................. A-39 Motores reciprocantes .......................................................................................................... A-40 Balance de motores de combustión interna ......................................................................... A-42 Compresores reciprocantes ................................................................................................... A-43 Laminadoras, máquinas de papeleras y otras máquinas ........................................................... A-46 Laminadores (industria metal) .............................................................................................. A-47 Máquinas de papeleras .............................................................................................................. A-53 Cómo se hace el papel ........................................................................................................... A-55 Máquinas herramienta .............................................................................................................. A-58 Estructuras, tuberías .................................................................................................................. A-62 Causas y efectos de la vibración estructural.......................................................................... A-62 Reducción de la vibración estructural ................................................................................... A-63 Vibracion en tuberías............................................................................................................. A-63 Prueba de vibración en tuberías ............................................................................................ A-65 Métodos de excitación estructural ........................................................................................ A-65 Rodamientos (baleros) ............................................................................................................... A-66 Tipos de rodamientos ............................................................................................................ A-68 Lubricación del rodamiento ................................................................................................... A-73  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C O N T E N I D O

P

7

Frecuencias de vibración de rodamientos .............................................................................A-75 Cojinetes .....................................................................................................................................A-76 Operación de cojinetes con lubricación de aceite .................................................................A-78 Principios de operación de cojinetes con lubricación de aceite ............................................A-79 Tipos de cojinetes ...................................................................................................................A-80 Engranajes ..................................................................................................................................A-83 Tipos de engranajes ...............................................................................................................A-85 Elementos de los dientes del engranes y piñones y terminología .........................................A-91 Acoples, fajas ..............................................................................................................................A-95 Fajas y poleas .........................................................................................................................A-95 Acoples ...................................................................................................................................A-98 Referencias ...............................................................................................................................A-105 Index ................................................................................................................................................ 1

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 1

Prácticas de Mantenimiento Objetivo: Describir dos características de las cuatro prácticas de mantenimiento y cómo se aplica cada una en el ambiente de una planta. Comprender los beneficios de un programa de análisis de vibraciones puede hacer su trabajo mucho más satisfactorio. El análisis de vibraciones tiene sus dificultades y no siempre es fácil trabajar con máquinas calientes y ruidosas, pero puede reducir significativamente los costos asociados con la operación de la maquinaria rotativa. Este capitulo proveerá un resumen de las cuatro prácticas de mantenimiento, así como de los pros y los contras de cada filosofía. Las cuatro prácticas de mantenimiento: • • • •

Mantenimiento de falla. Mantenimiento preventivo. Mantenimiento predictivo. Mantenimiento de precisión.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 2

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

¿Por qué realizamos análisis de vibraciones? La respuesta corta sería que las máquinas que tengan daños, las cuales en último caso podrían ocasionar un paro, generando fallas y pérdidas de producción, presentan patrones característicos de vibración. Las mediciones de vibración se pueden analizar para determinar la presencia de patrones que indiquen, con suficiente tiempo para actuar, la presencia de problemas. Las mediciones no indican la naturaleza del problema (ya sea desbalance, desalineamiento, daños en rodamientos, etc.) y la severidad del problema. De este análisis podemos obtener suficiente información para poder actuar con anticipación y minimizar los paros de producción.

Figura 1-1

Las máquinas deben operar durante mucho más tiempo del que actualmente lo hacen. Cuando hay tiempo suficiente para planear el mantenimiento, entonces es posible reducir las siguientes consecuencias: • • • • • •

Fallas catastróficas Daños secundarios Costos adicionales de repuestos Tiempo extra innecesario Gastos excesivos de energía Daños al personal

Cuando estas consecuencias se anulan, el tiempo de improducción se reduce junto con los costos de operación y mantenimiento.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 3

Figura 1-2 El análisis de vibración puede indicar la causa y la severidad del problema.

¿Cuáles costos podemos reducir? Los costos de mantenimiento tienen serias repercusiones en una organización. Desde los repuestos en bodega hasta las horas extra. Las pérdidas de producción también son una fuente de ahorro en los costos de operación, además de los daños secundarios que pueden desembocar en la pérdida de la máquina. Adicionalmente, se puede ahorrar en el consumo eléctrico, así como en la calidad del producto terminado y los tiempos de manufactura.

Figura 1-3

Cada ramo de la industria es diferente, cada organizacion tiene sus prioridades y formas de medir el éxito. Debe comprender las prioridades de su organizacion de forma que sea parte importante en la consecución de los logros. En algunos procesos de producción en lote, mantener los equipos en operación continua es de suma importancia. Una leve falla puede generar pérdidas significativas y el desecho de material de producción.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 4

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

En la industria pesquera, las flotas tienen una temporada muy corta. Si los barcos quedan inoperantes durante ese período, las perdidas podrían sumar millones. En la industria de la generación eléctrica, una falla no solo incide en pérdidas de producción, sino que además puede acarrear multas. Otras entidades tales como la Marina de los EE.UU. tienen criterios especiales. Además de los costos regulares de mantenimiento, su principal preocupación es la de estar “siempre listos”, de ahí su habilidad de poder desplazarse en cualquier momento cuando se requiera. Es importante comprender cuáles son las situaciones o condiciones especiales de su ramo, de tal forma que pueda dar la mejor respuesta. En vista de que es tan importante detectar un problema antes que la falla se dé, es necesario comprender por qué fallan las máquinas.

¿Por qué fallan las máquinas? La raíz de un problema puede darse desde que el ingeniero se sienta a diseñar una máquina hasta por pobres condiciones de mantenimiento. La forma en que se ensambla una máquina, los materiales, la instalación, las reparaciones, todo contribuye al desempeño de la unidad y a su vida útil.

Figura 1-4

Las fallas inician desde la especificación y la compra, el balanceo y el alineamiento, el mantenimiento rutinario, la lubricación, los procesos de reparación y las pruebas de aceptación. Puede que no tenga control sobre todas estas etapas, pero conocer las fuentes de los problemas posibles le puede ayudar a realizar cambios a futuro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 5

No está contemplado en este curso el ampliar sobre la forma de mejorar, de organizar o de manejar un departamento de mantenimiento o una empresa, más bien, se busca simplemente ampliar el panorama para identificar mejor las oportunidades de mejorar la confiabilidad de los equipos.

Figura 1-5

Mientras que el mundo de los negocios se torna cada vez más competitivo, usualmente resultando en menos personal, presupuestos reducidos y mayores demandas de producción, el operar nuestras plantas de una manera más eficiente se vuelve de primera importancia. El fin es mejorar la confiabilidad de los equipos, reducir los costos de mantenimiento, aprovechar mejor la energía y mejorar la calidad del producto terminado. Estos cambios no se dan de la noche a la mañana y nunca se darán si no todo el personal de la empresa comparte las mismas metas. Desde la persona que rebobina los motores, hasta la persona que firma los cheques, todos necesitan comprender los beneficios del mantenimiento de precisión. Seguramente, sería mucho más fácil si todo lo que tuviéramos que hacer es comprar un analizador de vibraciones y una computadora con un software “especial” para resolver nuestros problemas. De hecho, sería mucho más fácil si las máquinas nunca fallaran.

¿Cómo puede lograr los mejores resultados? La verdad es que se necesita un cambio de actitud en todos los niveles de la organización antes de que se observen beneficios. Si la gerencia no comprende los beneficios o lo que se requiere para lograrlos, nunca llegaremos muy lejos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 6

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Figura 1-6

Si no todas las personas involucradas con el monitoreo de condición comprenden y creen en las metas, siempre habrá limitaciones, igual pasará si otras personas involucradas con los procesos de operación, producción, compras e ingeniería no comparten la misma meta. Nunca es fácil implementar un cambio significativo en la filosofía empresarial, pero todos deben llevar a cabo lo que esté a su alcance. Podemos cooperar e informar nuestros logros: atraer más gente a nuestro campo. Nada garantiza la falla más que el antagonismo entre los departamentos de mantenimiento, producción y operaciones. Vemos que esto se repite siempre. Se detecta una falla, se genera una orden de trabajo y se detiene la máquina para dar mantenimiento. Un grupo espera que la máquina tenga un problema real y serio. El otro grupo desea que no exista problema alguno. El que “gane” probará que tenía razón. Estas situaciones son sumamente comunes en la industria, generan tensiones y reducen las probabilidades de que cualquier programa fructifique.

Prácticas comunes de mantenimiento Durante muchos años (y actualmente en muchas plantas) la filosofía ha sido la de operar la planta hasta que alguna máquina falle, luego repararla e iniciar operaciones nuevamente, tan pronto como sea posible. Si las máquinas fallan, simplemente se reparan o se instalan máquinas de repuesto mientras se soluciona el problema. El departamento de mantenimiento es simplemente un barril sin fondo donde meter dinero y esto, por lo general, se consideraba un mal necesario para la operación de la planta.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 7

Figura 1-7 Durante muchos años, la tendencia era solo mantener la planta en operación y reparar los daños conforme estos se presentaran.

Esta filosofía ha cambiado recientemente. Las organizaciones ahora reconocen que vale la pena invertir tiempo y dinero en mejorar la confiabilidad de sus equipos. Es posible generar grandes ahorros al implementar una nueva filosofía usualmente conocida como “mantenimiento de precisión”, mantenimiento proactivo, mantenimiento basado en la confiabilidad o mantenimiento centrado en la confiabilidad.

Figura 1-8 Una nueva filosofía… vale la pena.

Hay varios enfoques que una empresa puede tener en cuenta para mantener su maquinaria rotativa en operación y es muy común que se practiquen varias filosofías simultáneamente; permitir que unas máquinas fallen mientras que se es proactivo con otras más cruciales. Comprender estos enfoques es importante.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 8

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Mantenimiento correctivo El mantenimiento correctivo también se conoce como mantenimiento histérico (todos entran en histeria colectiva tan pronto como una máquina falla), el mantenimiento correctivo también recibe muchos otros nombres. Según esta forma de trabajar, simplemente se permite que la máquina opere hasta que falle (usualmente de forma catastrófica) sin tomar ninguna medida preventiva.

Figura 1-9 Esta práctica conlleva costos de operación increíblemente elevados.

La “filosofía” es:

“Repare cuando falle”. Esta práctica conlleva gastos elevados de mantenimiento. Daños secundarios (el daño que se genera como consecuencia del daño inicial), tiempos muertos de producción, dinero estancado en las bodegas en repuestos y pago de tiempo extra por mano de obra son solo algunos de los costos que resultan de este enfoque. Se pierde todo el control cuando se utiliza esta práctica. Se puede dar una falla de cualquier componente en cualquier momento, lo cual afectaría la producción y la seguridad. Aun cuando alguien pueda detectar a tiempo el problema, siempre habrá daños secundarios y pérdidas de producción.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 9

Figura 1-10El daño secundario es más caro que el problema original.

Este enfoque todavía es utilizado en muchas plantas, aunque ya era una práctica habitual en el año 1950. Mientras que el mantenimiento correctivo puede llevar a costos elevados de operación, hay situaciones en cada planta en las que se vuelve justificable. Esto por dos motivos principales: 1.- Los recursos necesarios para monitorear la condicion de una máquina pueden sobrepasar los costos de dejarla fallar. La actividad de monitoreo y análisis requiere de tiempo y recursos, lo cual no es justificable para todos los equipos. 2.- Aun cuando una máquina ha sido monitoreada, se puede tomar la decisión de dejarla fallar, solo porque cabe la posibilidad de que esta complete algún ciclo de producción importante, o porque el costo de reparación (que incluye producción, reparación y repuestos) puede ser mayor que el riesgo de falla. Al final todo se reduce a un manejo de riesgos.

Resumen de mantenimiento correctivo Ventajas del mantenimiento correctivo sobre otras prácticas: • •

No hay costos relacionados con mantenimiento preventivo o monitoreo. No hay un “sobre mantenimiento” de las máquinas.

Desventajas del mantenimiento correctivo sobre otras prácticas: • • • • • •

Tiempos improductivos no esperados. Daños secundarios y fallas catastróficas. Pérdida de producción. Altos costos de reparación. Pérdida de control. Peligros potenciales para el personal de planta.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 1 0

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Mantenimiento preventivo El mantenimiento preventivo también se conoce como: “mantenimiento planeado”, “mantenimiento basado en calendario” y otros más. La teoría es que la vida útil de una máquina cualquiera es limitada y la probabilidad de falla aumenta conforme pasa el tiempo, de tal forma que esta práctica contempla realizar el mantenimiento antes de que la máquina falle.

Teoría: realizar reparaciones regularmente de tal forma que la máquina no falle. La complicación surge al tratar de estimar la vida útil de las máquinas, luego realizar las reparaciones o los cambios necesarios antes de que falle. El riesgo se calcula contra el costo. Si el mantenimiento se pospone demasiado, la máquina puede fallar. Si el mantenimiento se realiza muy temprano, se torna caro en costos de mano de obra y dinero tirado a la basura en repuestos y accesorios todavía en buen estado. Si graficamos la probabilidad de falla contra el tiempo de operación, uno podría esperar obtener una curva similar a la de la Figura 1-11. Esta curva asume que la probabilidad de falla se mantiene baja por un período de tiempo. En algún punto (no indicado) empiezan a presentarse problemas en las partes por fatiga y desgaste, de tal forma que la probabilidad de falla aumenta.

Figura 1-11 Asume que la máquina opera bien por un período de tiempo, pero, qué ocurre con la “mortalidad infantil”?

Un momento, ¿qué ocurre con la “mortalidad infantil”? La triste realidad es que existe una alta probabilidad de falla justo después de realizar cualquier reparación, debido a problemas como poca lubricación (o exceso de ella), instalación de repuestos incorrectas, mala instalación de estos, mal maquinado, mal alineamiento o desbalance y una gran cantidad de problemas potenciales más.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 1 1

Figura 1-12 Probabilidad de falla contemplando la “mortalidad infantil”.

Mortalidad infantil: Las máquinas comúnmente pueden fallar justo después de una reparación. Esta curva se conoce como: “curva de bañera”. Ahora, la curva se debe ajustar para reflejar la “vida estimada” vs. la “vida probable”. La probabilidad de falla aumenta cuando “debería fallar”, de tal forma que la longitud de la sección plana debería cambiar.

Figura 1-13 Vida probable vs. vida estimada.

La realidad es que la relación de falla es aleatoria. La falla de cualquier componente sucederá en algún momento que no puede ser adivinado. La tarea consiste en tratar de programar el mantenimiento en la zona de “vida probable”. Desafortunadamente, no sabemos cuál es ese período o qué tan rápido puede fallar la máquina una vez que inicia el proceso de degradación o desgaste. Así que quedamos en una situación en la que estaremos realizando muchas tareas de mantenimiento en máquinas que están en perfecto estado. Y para empeorar las cosas, algunas máquinas fallarán mucho antes de que el riesgo de falla sea elevado. Si el mantenimiento se programa muy frecuentemente, aumentamos la probabilidad de mortalidad infantil. Adicionalmente, los costos son más elevados debido a la mano de obra y partes adicionales requeridos para cada mantenimiento. Y mientras la máquina es atendida, se pierde tiempo de producción.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 1 2

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Figura 1-14 No queda más que adivinar cada cuánto dar mantenimiento. ¿2 meses? ¿18 meses? ¿6 años?...

Si el mantenimiento se programa muy espaciado, existe una alta probabilidad de pérdidas de producción y fallas catastroficas. Se podría crear una nueva curva de “salud” vs. tiempo, como se muestra en la Figura 1-15. Se agrega a la curva la sección de mortalidad infantil (y la máquina podría ser monitoreada frecuentemente durante esta fase); ¿pero qué pasa conforme el tiempo avanza? En algún punto la salud empezará a deteriorarse, ¿pero a qué velocidad se degrada?, eso es desconocido.

Figura 1-15 La nueva curva contempla la mortalidad infantil, pero se desconoce la velocidad de degradación.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 1 3

Hace algunos años, United Airlines realizó un estudio (originalmente fue UA pero los resultados han sido registrados por otras compañías posteriormente) para determinar exactamente cómo se comporta la probabilidad de falla con respecto al tiempo. Dos conclusiones importantes se obtuvieron de este estudio: 1.

La curva por lo general no se comporta como la “curva de bañera”. De hecho, esta curva solo se presentó en un 6% de las máquinas. En la mayoría de los casos (68%), la forma era plana después de superado el período de mortalidad infantil.

Figura 1-16 Curvas de falla para equipos de planta.

2.

El segundo punto (que explica lo plano), es que tan solo un 11% de las fallas se relacionaron con la edad, mientras que un 89% fue aleatorio. Esto significa que tenían tanta probabilidad de fallar a los 2 meses como a los 22 meses. De ahí que el concepto de “mantenimiento-calendario” se tomara como impráctico.

Resumen de mantenimiento preventivo Metas del mantenimiento preventivo sobre otras prácticas de mantenimiento: • • • •

El mantenimiento se realiza en el momento más conveniente para la empresa. Las fallas inesperadas de maquinaria deberían verse reducidas. Debería haber menos fallas catastróficas y paros de producción no programados. Hay más control sobre inventarios de repuestos en bodega.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 1 4

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Desventajas del mantenimiento preventivo en relación con otras prácticas: • • • •

Es frecuente “reparar” máquinas que no requieren tal intervención. Por lo general, estas reparaciones traen más males que curas. Siempre siguen dándose paros inesperados. Los períodos de mantenimiento son los mismos para todas las máquinas, no hay diferencia entre máquinas diferentes.

Las buenas noticias son que las máquinas, por lo general, dan indicios de que van a fallar. Estos indicios pueden ser un aumento en la vibración, temperatura, fiabilidad, partículas en el lubricante, cambios en la corriente del motor y muchos otros indicativos. Esto nos lleva a la siguiente estrategia de mantenimiento: el mantenimiento predictivo.

Mantenimiento predictivo El mantenimiento predictivo también se conoce como “mantenimiento basado en la condición”. Esta filosofía puede resumirse en la siguiente frase:

“Si no está dañado, no lo arregle”. La maquinaria rotativa, por lo general, indicará que algo no está bien antes de fallar por completo. La temperatura de algunas partes aumentará. El desgaste en las superficies lubricadas se puede detectar por medio de análisis de aceites. Los campos magnéticos y la corriente cambiarán. También hay otros indicativos adicionales.

Figura 1-17 Imagen termográfica de un motor sobrecalentado.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 1 5

Figura 1-18 Partículas de desgaste en una muestra de aceite.

Las máquinas se monitorean en busca de signos y luego, al ser observadas, se planea el mantenimiento requerido antes de que el riesgo de falla sea demasiado alto. Luego la vida máxima es percibida desde la máquina y los costos de mantenimiento se reducen. Predecimos la falla y actuamos con anticipación y cuando sea más conveniente y efectivo de acuerdo con el costo. Este proceso permite que la reparación se haga en un momento que se ajuste con los calendarios de producción y mantenimiento. Suena bien, ¿no? Si tan solo fuera cierto. En un mundo ideal, los costos de mantenimiento se reducen y la ganancia aumenta porque no hay períodos de inactividad, no hay fallas catastróficas ni daños secundarios ni se reduce el inventario de repuestos y todo el trabajo continúa como estaba planeado. En teoría, todo lo recién dicho es posible. Sin embargo, eso asume que todas las máquinas son monitoreadas completamente y que todas las fallas siguen un conveniente patrón y que nos avisan de fallas posibles unos cuantos meses antes de que estas se den. La verdad es que es difícil y caro monitorear cada máquina así, además de que las máquinas nunca brindan tantas señales de advertencia como a usted le gustaría. Monitoreo de condición El arte del mantenimiento predictivo consiste en monitorear la máquina con las tecnologías apropiadas y con la frecuencia necesaria para poder detectar anticipadamente los modos de falla. No inesperadamente, se trata de una cuestión financiera. Los intereses financieros deben balancearse en contra del riesgo de falla. Es necesario responder una pregunta: ¿qué está dispuesto usted a hacer para asegurarse de saber el momento cuando una máquina puede fallar? Cada máquina necesita ser evaluada y debe aplicarse una estrategia apropiada. Es importante escoger las tecnologías correctas y seleccionar la frecuencia correcta de monitoreo (la cual puede cambiar durante su vida útil). Puede significar que en algunas máquinas se implemente una filosofía de “carrera a la falla”, porque no es justificable económicamente realizar un monitoreo de condición.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 1 6

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Debe poner en la balanza el riesgo y el costo. Es posible determinar que ciertas máquinas no serán monitoreadas del todo. En el otro extremo del espectro, puede ser necesario instalar sistemas permanentes de monitoreo, diseñados para conservar una vigilancia de 24 horas en las máquinas más importantes.

Figura 1-19

Se necesita prever, evaluar los obstáculos futuros y tomar las decisiones correctas. Ni toda la vistosa electrónica por sí sola es suficiente. El monitoreo de condición nos ayuda a ver el futuro; sin embargo, todavía será necesario que se tome la acción apropiada. De cualquier manera, hay un problema con el mantenimiento predictivo: si solamente monitoreamos las máquinas y realizamos mantenimiento en caso necesario, entonces no hemos hecho nada para extender la vida de la máquina; solamente recibimos una advertencia más temprana sobre un fracaso inminente. Si los procesos de compra varían, si las máquinas operan y se mantienen con la finalidad de que se vuelvan más confiables y que tengan una vida útil más larga, entonces los costos de mantenimiento se reducirían aún más.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 1 7

Resumen de mantenimiento predictivo Ventajas (metas) en comparación con otros programas de mantenimiento: • • • • • • • • •

El período de inactividad a causa de fallas se reduce. Los repuestos solo se compran y utilizan cuando se necesitan. Solo se realiza mantenimiento cuando resulta conveniente. Extiende la vida de la maquinaria. Elimina las reparaciones innecesarias. Brinda más tiempo de operación eficiente. Aumenta la seguridad de la máquina. Mejora el desempeño de calidad. Aumenta la satisfacción del cliente.

Desventajas en comparación con otros tipos de programas de mantenimiento: • •

El costo de los instrumentos, los sistemas, los servicios y el personal. No asegura que la vida útil de la máquina se extenderá.

Mantenimiento de precisión El mantenimiento de precisión también se conoce con otros nombres, como “Mantenimiento proactivo”, “Mantenimiento basado en la confiabilidad” y “Mantenimiento centrado en la confiabilidad”. El lema es:

“¡Arréglelo una vez, arréglelo bien!” Un programa predictivo de mantenimiento avisa sobre fallas del rodamiento, por ejemplo, lo cual permite que se compre el reemplazo y se programe su reparación. ¿Eso es genial, pero por qué el rodamiento falló? Saber esa respuesta y llevar a cabo la acción requerida para eliminar la causa permitiría que la máquina durara más tiempo cuando vuelva a estar en operación. Se usa el término "proactivo" porque en vez de simplemente esperar que la máquina falle, debemos tomar cartas en el asunto con antelación para evitar que esto ocurra. Ahora bien, eso no significa reemplazar los rodamientos y los sellos, como podría ser el caso en el mantenimiento preventivo; más bien, encontramos la causa original de la falla, lo cual nos permite corregir el problema. Determinar la causa originaria de un problema se suele llamar Análisis de la Causa de Origen (RCA, por sus siglas en inglés) o Análisis de la Causa de Origen de la Falla (RCFA). Determinar la causa de origen puede ser un proceso complejo. Puede implicar el estudio de registros históricos de monitoreo de condición y el desempeño de pruebas especiales como pruebas de "choque" de resonancia, análisis de fase y otras.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 1 8

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

  Figura 1‐20 El balanceo y el alineamiento de precisión   puede extender la vida de la máquina 

La confiabilidad debería estar diseñada en la maquinaria. Comience con las máquinas cruciales  para realizar los procesos. Todo esto debería incluir una revisión de los procesos de compra (¿se  están comprando las máquinas y los repuestos  más apropiados?), un estudio de los lubricantes  y su administración, así como el proceso de reparaciones. Dé inicio al examen de aceptación y  llegue a un estándar elevado.  El término precisión se usa porque una de las mejores formas de aumentar la vida de una  máquina es a través de su alineamiento y balanceo de precisión. Si la máquina está balanceada y  alineada correctamente (según estándares elevados), y si todos los problemas de resonancia  están corregidos, entonces es probable que la máquina funcione por un período de tiempo  significativamente mayor antes de que ocurra una falla.  Las técnicas de monitoreo de condición todavía se usan para monitorear las máquinas, junto  con las tecnologías empleadas en determinar la causar de origen de un problema. Sin embargo,  ¡la expectativa es que los sistemas de monitoreo de condición lleguen a tener menos problemas  que reportar! 

4864BA2

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 1 9

Figura 1-21 Realice alineamiento de precisión para aumentar la vida de las máquinas.

Así las cosas, el objetivo es aumentar la confiabilidad de las máquinas instaladas en la planta. Aunque hay muchas ventajas, es necesario decir que hay muchos obstáculos en el camino para adoptar una auténtica filosofía de mantenimiento. Se necesita un difícil y radical cambio de filosofía. Todos tienen que entender esta filosofía y estar de acuerdo con ella. De otro modo, cuando se necesite entrenamiento, cuando se requiera tiempo para realizar investigaciones detalladas, cuando sea necesario dedicar tiempo al alineamiento y al balanceo de precisión, cuando se hagan recomendaciones para comprar repuestos de mayor calidad (y más caros), cuando todo eso suceda, se economizará al máximo, habrá ahorros a corto plazo y la planta volverá al punto donde comenzó. Sin embargo, incluso cuando la confiabilidad mejore, siempre habrá fallas en las máquinas, por lo que el monitoreo de condición seguirá siendo necesario.

Resumen de mantenimiento de precisión Ventajas en comparación con otras prácticas de mantenimiento: • • • • •

La vida del equipo se alarga Mejora de la confiabilidad del equipo Menos fallas, que llevan a un mínimo los daños secundarios Períodos de inactividad reducidos Reducción de los costos de mantenimiento global

Desventajas en comparación con otras prácticas de mantenimiento: • • • •

Costos de instrumentos, sistemas, servicios y personal Se requieren habilidades adicionales Se necesita invertir tiempo extra por adelantado Necesita de un cambio de filosofía en la administración.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 2 0

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Salud mecánica y salud humana La maquinaria rotativa es muy parecida al cuerpo humano. La forma en que muchos departamentos de mantenimiento se enfrentan a las máquinas es similar al modo en muchas personas lo hacen con su propia salud. Algunas personas llevan una vida dura: tomando, fumando y trabajando arduamente. Estas actividades no son buenas para el cuerpo. Ignoran los signos vitales y eventualmente el cuerpo se rinde. ¡En ese caso, esperan que el problema sea “reparable”! Esto es parecido al mantenimiento por colapso.

Figura 1-22

También están las personas que no se cuidan tanto, pero que toman una que otra vitamina y, a veces, visitan el gimnasio para tratar de enmendar sus descuidos. Periódicamente, tratan de hacer lo correcto, pero de todos modos se enferman de vez en cuando (¡y a menudo se sienten peor luego de visitar el gimnasio!). Esto es comparable al mantenimiento preventivo. Por otro lado, están quienes no se preocupan mucho por su salud, pero que regularmente van al doctor. El doctor les toma la presión sanguínea, unas cuantas muestras de “fluidos corporales” y les escucha el ritmo cardíaco. El doctor tratará de detectar si hay algún problema, intentará determinar la condición de las personas y luego les administrará los medicamentos indicados antes de que la persona se enferme demasiado.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

U N O -

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

P

1 — 2 1

Figura 1-23 Se emplean varias tecnologías para determinar nuestro estado de salud. De forma similar, el mantenimiento predictivo usa varias tecnologías para determinar la condición de las máquinas.

Ocasionalmente, una persona de este grupo se enferma por ir contra las recomendaciones del doctor. Esto se puede comparar al mantenimiento predictivo. Finalmente, están las personas saludables. Comen los alimentos correctos y hacen mucho ejercicio. Saben lo que es bueno para su cuerpo, por lo que se esfuerzan por hacer cuanto pueden para conservar su salud. Además visitan al doctor para que supervise sus exámenes, por si acaso pudieran haber pescado algún virus extraño, pero en términos generales se esfuerzan por mantener su buena salud. Sus empleados los consideran personas muy confiables… prácticamente nunca dejan de ir a trabajar. Esto equivale al mantenimiento de precisión o proactivo. Si estas personas proactivas llegan realmente a enfermarse, sin importar lo mucho que se cuidan, un buen doctor no solamente diagnosticará la enfermedad y los ayudará a recuperar su buena salud, sino que además los examinará para descubrir cómo fue que se enfermaron en primer lugar (lo cual implica exámenes adicionales y un chequeo de su salud y su dieta durante los previos meses o años. Con este conocimiento (sumado al deseo de efectuar cambios) pueden asegurarse de que no sufrirán esa enfermedad de nuevo. Esto se llama análisis de causa de origen y, por medio de él, el doctor llega al origen del problema. La filosofía detrás de hacer que la maquinaria y el equipo sea confiable se llama mantenimiento centrado en la confiabilidad. Una planta con una filosofía de mantenimiento centrado en la confiabilidad puede incorporar todas las prácticas de mantenimiento hasta cierto punto con tal de alcanzar la mayor confiabilidad posible combinada con la mayor rentabilidad posible.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

1 — 2 2

C A P I T U L O

U N O

–

P R Á C T I C A S

D E

M A N T E N I M I E N T O

Figura 1-24

En nuestra analogía, el monitoreo de condición simplemente es el proceso de ir al doctor para hacerse exámenes. El doctor nos revisará la sangre, nos escuchará el ritmo cardíaco, verificará nuestra presión arterial y nos revisará la garganta. En el caso de las máquinas rotativas, podemos escuchar la vibración, revisar la temperatura de los rodamientos, medir los lubricantes, inspeccionar el sonido, revisar el motor y probar la presión de flujo y descarga. Cuando hayamos terminado todos los exámenes, esperaremos ser capaces de trazar un cuadro preciso de la condición de salud de la máquina. Si nos encargamos de las máquinas, estás serán más confiables. Es necesario que estén: • • • • •

Especificadas correctamente Revisadas antes de la instalación Instaladas apropiadamente Con balanceo y alineamiento de precisión Lubricadas apropiadamente

Si monitoreamos la condición y tomamos las medidas indicadas podemos reducir el riesgo de fallas catastróficas. Entre los beneficios esperados se encuentra: • • • •

Reducción de tiempos de inactividad Costos laborales reducidos Menor empleo de repuestos Mayores ganancias

La siguiente sección le brindará un vistazo general de las diferentes tecnologías de monitoreo de condición.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 2

Monitoreo de condición Objetivo: enumerar seis tecnologías de monitoreo de condición y tres aplicaciones para cada una. El monitoreo de condición es el arte de monitorear el equipo de la planta para determinar su bienestar o condición en un tiempo determinado. El monitoreo de condición consta de dos elementos: 1.

Determinar si la máquina está funcionando en una condición estable o si está deteriorándose. Si la máquina está deteriorándose, entonces determina que tan rápido se está descomponiendo y dónde se encuentra en su ciclo de vida útil.

2.

Advertir las condiciones en que está el equipo a la personas indicadas para que estas puedan tomar decisiones sobre el mantenimiento o los cambios que se requieran en el proceso.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 2

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Frecuentemente los términos “Monitoreo de condición” y “mantenimiento predictivo” (o mantenimiento basado en la condición) se usan indistintamente. En realidad, ambos términos no significan lo mismo, “monitoreo de condición es el acto de determinar el estado de la máquina”. Monitoreo de condición ≠ mantenimiento predictivo El mantenimiento predictivo involucra la toma de decisiones basadas en la condición de la máquina. Desafortunadamente, en algunas empresas, el equipo a cargo no siempre toma las previsiones adecuadas porque no cree en la filosofía del mantenimiento predictivo, a pesar de que cuentan con grupos excelentes de personas que monitorean el estado de la maquinaria. Para ellos el mantenimiento del equipo se requiere cuando escuchan el rechinido de un rodamiento o perciben altos niveles de vibración. En el capítulo previo las cuatro prácticas de mantenimiento se compararon con el estado de salud de un cuerpo humano. Se señaló que los doctores usan diferentes métodos para determinar la condición de salud de un ser humano; la temperatura, la presión sanguínea, el pulso e incluso las muestras de fluidos. De la misma forma, diversas tecnologías se usan para tener una imagen exacta de nuestra condición.

Figura 2-1 Diversas tecnologías se usan para determinar el estado de nuestra salud.

El proceso es similar en lo referente al equipo de una planta. Las máquinas rotativas tratan de decirnos la condición de la maquinaria a través de las vibraciones, la temperatura, la lubricación, el sonido y el flujo del motor. De esta manera, se revisan los procesos… temperatura, presión, corriente, velocidad, corriente del motor, vibración, análisis de lubricación y fluidos, etc. Cuando se obtiene la información, se puede tener una imagen clara de la condición del equipo. Es cierto… es posible saber lo que está pasando dentro de la maquinaria. Al determinar la condición del equipo tres puntos se deben tomar en cuenta.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 3

Figura 2-2 Distintas tecnologías nos permiten saber el estado del interior de la maquinaria.

Primero, la mejor imagen del estado de salud de una máquina se obtiene cuando nosotros realizamos todos estos exámenes y correlacionamos sus resultados. Los exámenes por separado pueden dar solo parte de la imagen. De hecho, ciertas pruebas no nos aportan ninguna información sobre la condición del equipo. Por ejemplo, las pruebas de partículas de una muestra de aceite no indicarán si la máquina tiene un problema de ambivalencia. Los análisis de vibración no indicarán si hay contaminantes en el lubricante. Se deben combinar varias tecnologías para tener un monitoreo de condición integral. El segundo punto es que algunas tecnologías y pruebas pueden proveer información que indique situaciones que puedan ocasionar problemas a la máquina, no que necesariamente ya estén provocándolos. Ejemplos: La resonancia por sí misma no es una falla. Todas las máquinas tienen resonancia, el hecho de que haya resonancia en la velocidad de funcionamiento puede resultar en un exceso de vibraciones y destruir los rodamientos. Eso sí es un problema. Los contaminantes en el lubricante no son necesariamente un problema. El hecho de que estos contaminantes puedan dañar los rodamientos u otros componentes sí lo es. El tercer punto es que el mejor diagnóstico se podrá alcanzar cuando haya resultados previos que comparar y la información esté disponible para usarla como referencia. Los doctores conocen lo que la presión sanguínea de una persona podría decir, y cuales niveles de colesterol son seguros. Existen algunas guías para el análisis de vibración y otras tecnologías (por ejemplo estándares ISO) sin embargo para la mayoría de los problemas debemos confiar en comparaciones de datos previos tomados de la maquinaria.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 4

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-3 Compare las mediciones previas para ver si hay cambios de condición.

Tecnologías para el monitoreo de condición ¿Por qué es necesario realizar un monitoreo de condición? La respuesta se reduce a una sola palabra “rentabilidad”. Cuando una máquina falla puede detener la producción, el tiempo perdido puede resultar extremadamente caro. La pérdida de producción en conjunto con los daños ocasionados en los productos reducen el margen de ganancias. Cuando una máquina falla puede ocurrir un segundo daño; en lugar de simplemente cambiar un rodamiento dañado, quizá sea necesario reemplazar el rotor completo. Los costos se pueden incrementar, además de que la reparación toma más tiempo, el resultado es mayor pérdida de tiempo y mayores costos de mano de obra. Incluso el monitoreo constante ayuda al medio ambiente, una máquina dañada puede producir líquidos o dejar escapar gases que dañan al medio. Cuando un equipo se descompone, las piezas de repuesto deben tenerse a mano para completar la reparación, estos repuestos se deben almacenar por si alguna falla ocurriera, sin embargo el almacenaje y la administración de repuestos es altamente costoso. Así que, si uno evalúa los riesgos de daños, la reparación y la interrupción de producción se pueden planear con menor tiempo y a mejores costos. Los repuestos se pueden pedir con anticipación y el trabajo se puede organizar mejor. El mantenimiento preventivo costoso no necesariamente se tiene que realizar si se cuenta con un monitoreo apropiado constante. Si la confiabilidad se puede mejorar, la máquina no fallará tan frecuentemente. Si una máquina puede alcanzar su tiempo de vida útil, estará devolviendo en rendimiento la inversión que se hizo en su compra, lo cual resultará en bajos costos de mantenimiento, y por consiguiente mayores ganancias a la compañía.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 5

Una imagen completa. Seleccione la tecnología y las frecuencias de prueba cuidadosamente. Los mejores resultados se logran cuando las pruebas de diversas tecnologías se integran en un solo reporte.

Los programas de monitoreo de condición usan seis principales tecnologías: • • • • • •

Ultrasonido aéreo, también conocidos como emisiones acústicas. Termografía infrarroja. Análisis de motor eléctrico. Análisis de aceite. Análisis del desgaste de partículas. Análisis de vibración.

Cada una de estas tecnologías provee información acerca de la máquina, y en combinación nos ayuda a determinar el estado o condición de ésta. ¿Por qué tantas tecnologías? Un físico experto en localización de problemas en maquinaria afirma que su método es muy simple; “simplemente le hago a la máquina muchas preguntas”. Él utiliza varias tecnologías para obtener respuestas a preguntas específicas sobre la condición del equipo, luego junta la información obtenida y elige la mejor acción a realizar para esa condición en particular. El plan de este físico suena demasiado simple, pero requiere que conozca la información que cada tipo de tecnología obtiene, así como las limitaciones de cada una. No es necesario tener el nivel de conocimientos de un físico sobre cada método, una breve mirada a cada tecnología puede ayudarnos a seleccionar cual sería la mejor para cada situación dada. Algunas de estas tecnologías indican si existe un problema y ayudan a determinar su severidad. Otras ayudan a prever si habrá futuros problemas con la maquinaria.

Se dan situaciones en las que los niveles aceptables son desconocidos, en estos casos, es prudente proponer los niveles y monitorearlos para notar cualquier cambio.

Análisis de vibraciones Todas las máquinas rotativas como abanicos de bombas, motores, turbinas y compresores vibran, el nivel y el patrón de vibración indican la condición interna de los componentes giratorios.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 6

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-4

Si utilizamos instrumentos electrónicos para medir las vibraciones, los niveles se pueden monitorear y el patrón puede ser estudiado. A grandes rasgos, si los niveles aumentan y los patrones cambian, no solamente podemos detectar si hay un problema, sino que también podemos diagnosticar de qué tipo de problema se trata. Muchos problemas se pueden detectar con un análisis de vibraciones. El patrón de vibraciones puede indicar una desalineamiento o una condición de desbalance. El patrón puede señalar un problema en el rodamiento o un problema de la chamucera. Los defectos de condición que se detectan con un análisis incluyen:

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

• • • • • • • • • •

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 7

Problemas de rodamiento – elementos giratorios y chumacera Desbalance Desalineamiento Solturas Patas suaves Fallas eléctricas Rotores excéntricos Problemas de acoplamiento y fajas Engranaje Barras del rotor quebradas

Figura 2-5

El análisis de vibración usa un sensor especial montado en el alojamiento del rodamiento que es sensible al movimiento. Una “imagen” de la vibración se captura en un colector de datos portátil y se transfiere a una computadora para su análisis. La imagen se toma cada mes, excepto si se trata de maquinaria crucial la cual debería tener sensores montados permanentemente para un monitoreo continuo. La información de la imagen se estudia para determinar si existe un problema y su severidad.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 8

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-6

La información se debe recolectar desde varios puntos y en varias direcciones. Una máquina vibra hacia arriba y hacia abajo (verticalmente), de un lado al otro (horizontalmente), y de extremo a extremo (axialmente); así que diferentes tipos de problemas se presentan de diversas formas. Los sensores se pueden montar permanentemente para que la información sea recolectada en cajas de conexiones en ambientes seguros. Para una máquina crucial en el proceso de producción y para equipos localizados en lugares remotos o en ambientes peligrosos (donde las mediciones rutinarias no se puedan llevar a cabo), sensores deberían ser montados permanentemente en las máquinas, y un sistema de monitoreo debería determinar los niveles de vibración y dar una advertencia si hay una falla de condición. El monitoreo en línea podría utilizarse en maquinaria crucial. Estas máquinas frecuentemente tienen instalado un sistema de protección que apaga el equipo si detecta niveles de vibración alarmantes. Este tipo de sistema se usa con frecuencia en turbinas y generadores.

Las cuatro fases del análisis de vibraciones • • • •

Detectar si existe un problema Diagnosticar la severidad del problema Realizar un análisis de las causas de origen para determinar por qué sucedió Verificar si el problema se resolvió después de la reparación

Fase de detección: La primera tarea de un análisis de vibraciones es detectar si la máquina tiene un problema. La mayoría de programas para el análisis de vibración pueden ayudar en este paso. A menos de que se use un sistema experto, el programa compara los niveles de vibración con un conjunto de límites alarmantes preestablecidos, después de esto es trabajo del usuario  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 9

estudiar los reportes para averiguar cuáles máquinas podrían tener un problema. Esto comienza la fase de análisis.

Figura 2-7 La comparación de datos previos puede proveer información invaluable al análisis.

Fase de análisis: Estudiando los datos del espectro y de la forma de las ondas es posible determinar qué tipos de problemas existen y la severidad de estos, después se genera un informe con recomendaciones. El grupo de mantenimiento usa el informe para programar cualquier reparación recomendada. Fase de análisis profundo de las causas: El mismo grupo de herramientas se usa para realizar una investigación sobre los orígenes de un problema. En primer lugar, estos exámenes nos permiten deducir por qué una máquina desarrolló cierto problema y nos permite tomar acciones al respecto. En segundo lugar, se emiten una serie de recomendaciones adicionales para hacer cambios los cuales ayudarán a prevenir que el problema suceda de nuevo. Fase de verificación: Una vez que la máquina haya sido reparada, se hacen mediciones adicionales para asegurarnos que el problema realmente fue resuelto y que se encuentra en condiciones de seguir operando. La tecnología para el análisis de vibraciones cada vez obtiene mayor popularidad porque se puede usar en la mayoría del equipo de planta, además de que continuamente añade nuevos avances incrementando sus capacidades y reduciendo la inversión inicial.

Emisiones acústicas (ultrasonido aéreo) El equipo rotatorio y otras instalaciones emiten altas frecuencias de sonido que pueden proveer indicios de problemas potenciales. La prueba ultrasónica es una herramienta útil para una gran variedad de aplicaciones.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 1 0

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Encontrar filtraciones de aire

Excelente

Encontrar problemas de rodamientos

Buena

Detección de fugas de vapor en la red de vapor

Buena

Detección de problemas de lubricación

Buena

Detección de daños eléctricos (arcos, coronas)

Buena

Encontrar problemas de flujo en tubos y válvulas

Éxito muy limitado

Tabla 2-1

¿Cómo funciona? El oído humano pueda detectar sonidos en un rango de frecuencia de 20 Hz a 20 000 Hz, los sonidos por encima de este rango se conocen como “ultrasónicos”, lo cual significa que están por encima de la capacidad de detección humana.

Figura 2-8 Los sonidos se categorizan en tres rangos: Rango subsónico, rango sónico y rango utrasónico.

Un sensor ultrasónico se usa para medir las señales y desmodularlas a un rango de frecuencia que se encuentre dentro de los niveles audibles para el ser humano.

Figura 2-9 Sonidos de altra frecuencia ultrasónica se convierten en sonidos audibles.

Estas son algunas consideraciones en el uso de la tecnología ultrasónica:

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

•

• • •

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 1 1

Los sonidos son direccionales y el sensor en “la pistola” es muy direccional. Por lo tanto las fuentes de los sonidos pueden ser localizadas con precisión, pero también se pueden perder fácilmente. El volumen depende de la distancia de la fuente. Los sonidos viajan por el aire, por líquidos y por objetos sólidos pero no a través del vacío. Existen dos modos de detectar sonidos ultrasónicos: por contacto directo y aerotransportados. Un sensor típico o pistola para la detección de sonidos aerotransportados tiene un extremo abierto que se usa para escanear áreas a una distancia próxima. Para mayores distancias se usa un plato cóncavo similar a un plato de satélite, el plato refleja el sonido a un sensor situado en el centro.

Figura 2-10 El “plato” captura sonidos a una distancia lejana.

Un sistema típico de “contacto directo” hace contacto con la superficie del equipo para proveer mejor información de la frecuencia alta de sonido. La información se puede escuchar a través de audífonos, los cuales son muy útiles al buscar fugas y detectar fallas en ambientes ruidosos.

Figura 2-11 La sonda de contacto directo utiliza un “agujón” para detectar los sonidos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 1 2

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Nota: el sonido se puede medir y desplegar en decibeles en forma de ondas y proyecciones espectrales.

Fugas de aire Las fugas de aire son las fugas más costosas en la manufacturación. La turbulencia de estas fugas crea un sonido con fuertes componentes ultrasónicos. Los instrumentos ultrasónicos reconocen el gas presurizado y evacuan las fugas independientemente de lo ruidoso del ambiente. Encontrar y corregir fugas puede ahorrar miles de dólares anualmente. Los programas de mantenimiento de aire comprimido incluyen una inspección completa de las líneas aéreas dos o tres veces al año. Cuando se detectan fugas se etiquetan para facilitar las reparaciones. Inspecciones regulares aseguran que las fugas nuevas sean detectadas y confirman que fugas etiquetadas previamente sean reparadas. Conozca el sistema, familiarice a todos con el lado de suministro, el lado de demanda, el número de compresores, la presión de operación y cualquier añadidura al sistema desde que se instaló. Asegúrese de que el operario del equipo esté debidamente certificado y entrenado por capacitadores acreditados. Utilice un detector ultrasónico para la búsqueda, el etiquetado, la reparación y la revisión del área de la fuga. Recuerde que la persona a cargo de la reparación no debe ser la misma persona encargada del etiquetado, frecuentemente nuevas fugas se originan mientras las antiguas están siendo reparadas; registre todo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 1 3

Figura 2-12 Los fugas de aire emiten altas frecuencias.

Caldera, cambiador de calor y fugas de condensador Escanee e inspeccione la presión externa o fugas en calderas, en los modificadores de calor, en las conexiones de todas las pipas de condensadores, en las bridas, sellos y puertas de acceso. Escuche el mismo sonido que se asocia al gas comprimido y fugas de aire. El tubo de fugas en condensadores y cambiadores de vapor se pueden revisar, ya sea utilizando el método de presión, el método de aspiradora o el método transmisor bisónico. Elija el método que mejor de adapte a su aplicación para ahorrar tiempo valioso de inspección. Barra el área con el micrófono para detectar la fuga, muévalo de lado a lado y de arriba abajo.

Detección de válvulas de vapor defectuosas Las válvulas de vapor se abren ocasionalmente, este abrir y cerrar produce un sonido que es muy distinto al del flujo normal. Una prueba de contacto directo es pertinente para escuchar la correcta operación. Debería escucharse un sonido sostenido interrumpido por el abrir y cerrar de la válvula; si el sonido es un continuo revoloteo, la máquina no está operando correctamente. Un sonido de precipitación constante indica que la válvula está atascada en una posición abierta. Si la válvula de vapor está atascada, origina un gasto de miles de dólares, además que genera exceso de vapor en el sistema, lo cual a su vez provoca que la presión se regrese causando daños a otras válvulas de vapor.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 1 4

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-13 La revisión de las válvulas de vapor utilizando una sonda de contacto directo.

Cuando la válvula de vapor permanece abierta produce un sonido de martilleo de agua, en climas fríos la línea se puede congelar ocasionando rupturas al sistema de tuberías o válvulas. Hay cuatro tipos comunes de válvulas de vapor que trabajan para eliminar las impurezas del sistema de vapor. Estos tipos son: • • • •

De cubo invertido Flotador y termostático Termostático Termodinámico o disco

Las válvulas operan en uno de los siguientes modos operativos. • • •

Cambio de densidad Cambio de temperatura Cambio de velocidad

Detección de problemas eléctricos El monitoreo ultrasónico se puede usar para detectar arqueo, ruido en la corona, rastreo y condiciones del buje en línea, tales problemas se pueden localizar en: • • • • •

Centros de control del motor Paneles de los interruptores Líneas de transmisión Conexiones Anomalías de aislamiento

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 1 5

Figura 2-14 El ultrasonido es una buena opción para monitorear las líneas de distribución.

El ultrasonido es una de las mejores opciones para las inspecciones eléctricas de transmisión y líneas de distribución, así como para revisiones de subestación, de engranaje del interruptor, transformadores, coronas, arqueo y rastreo, fallas de interferencia de radio y televisión. Los sonidos asociados a “frying”, traqueo y zumbido son característicos de estas fallas.

Problemas de rodamientos y lubricación Los componentes giratorios producen una fricción ultrasónica cuando los elementos giratorios internos se voltean contra la pista. Asimismo, la fricción que absorbe propiedades de la grasa significa que un rodamiento bien lubricado produce menos fricción que un rodamiento carente de lubricación. Las lecturas digitales RMS proveen advertencias tempranas, exactas y confiables sobre posibles fallas en el equipo rotatorio. El monitoreo de vibraciones acústicas tiende a usar energía de rodamiento de alta frecuencia para determinar los intervalos de lubricación correctos e indicar cuando los rodamientos están entrando a sus primeros estados de desgaste. Los rodamientos lubricados en exceso pueden dañar los sellos, crear presiones internas en los rodamientos y ocasionar daños prematuros. El engrasamiento en exceso de un motor eléctrico puede empujar los lubricantes hacia el bobinado causando cortos circuitos y daños más severos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 1 6

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-15 La sonda de prueba directa es útil en la detección de problemas de rodamiento

Por el contrario, la falta de lubricación del rodamiento impacta negativamente la duración de la máquinaria rotativa. Un alto porcentaje de fallas de rodamientos se deben a la incorrecta o insuficiente lubricación, lo cual genera frecuencias por encima de los 30 kHz. Los impactos en el rodamiento se pueden escuchar y tendencias de niveles dB.

Figura 2-16 La pobre lubricación genera energía ultrasónica.

La tecnología de ultrasonido se usa para permitir al rodamiento indicar la cantidad de lubricante por añadir. El sonido que genera la grasa al ser bombeada hacia el rodamiento se puede monitorear a través de audifónos. El ruido se reduce a medida que la grasa alcanza el rodamiento. La forma de la onda del rodamiento durante la lubricación revela claramente las mejoras debido a la lubricación. Es necesario tener capacitación para asegurarse que el método sea usado correctamente.

Figura 2-17 La captura de la energía ultrasónica durante la lubricación.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 1 7

Detección de problemas mecánicos El ultrasonido se puede usar para detectar desgastes tempranos de rodamiento en el equipo rotativo, como en cajas de engranaje, bombas, motores y compresores. Los valores se pueden propender para cambios los cuales podrían indicar advertencias tempranas de problemas. El monitoreo de ultrasonido debería ser una parte integral para el programa de monitoreo de condición. El equipo de ultrasonido no es caro y es fácil de operar. Algunos de los beneficios de este equipo son: • • • • •

Se usa frecuentemente para detectar una falla mientras que otras tecnologías se usan para el seguimiento y la determinación de la severidad del daño. Es direccional, lo cual permite precisar fallas particulares, especialmente fugas. Se puede usar en ambientes con altos niveles de ruido. Se puede usar en las horas pico de producción. Se puede integrar a otras tecnologías de mantenimiento predictivo.

Termografía infrarroja La termografía infrarroja es el estudio de la energía irradiada usando un sistema de imágenes caloricas infrarrojas. Esto involucra el estudio de la temperatura en el incremento de desgaste, las fugas de vapor y la arqueo eléctrico, por nombrar algunas condiciones que pueden causar un cambio de temperatura. El exceso de vapor es un indicador de problemas o de posibles problemas en el equipo de la planta, los cuales incluyen las partes movibles y estáticas y equipo como los paneles eléctricos, calderas, transformadores, conductores de transmisión de energía electrica, aislantes y cajas de interruptores. El uso de tecnología termografía infrarroja es ideal para la detección de estos problemas. Esta tecnología no intrusiva usa sensores que son sensibles a la energía electromagnética radiada asociada al calor. El dispositivo cambia los niveles de energía radiada detectada a una temperatura basada en la información suministrada por el operario. En nuestra industria se usan principalmente dos tipos de dispositivos: los radiómetros de energía inmediata y las cámaras infrarrojas. && Los radiometros de energía inmediata acumulan la energía en una area especial y despliegan una lectura de la temperatura. Los radiometros usan una barra láser que le ayudan a enfocar dónde se debe tomar la medición.Se debe entender que esta lectura no se basa solamente en la temperatura de ese punto, entre mas lejos usted esté del objetivo, el area usada para determinar la temperatura se agranda. Usted debería ver un cono radiante desde el dispositivo, entre mas distancia haya con el objetivo, la área a medir será más extensa.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 1 8

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-18 La imagen de termografía en una barra de conexiones. Las áreas blancas indican mayor temperatura.

Es importante entender que la temperatura indicada podría ser incorrecta, puesto que factores como el tipo de superficie, el flujo de aire, entre otros factores, afectan su exactitud. Una cámara infrarroja puede crear una imagén termográfica. El dispositivo usado para “ver” la energía electromagnetica radiada generalmente se conoce como “cámara”. Estas cámaras usan dispositivos especiales para detectar el calor el cual se despliega en una imagen visual similar a una fotografía. Muchas cámaras termográficas incluyen una cámara fotográfica estándar incorporada para que una imagen fotográfica pueda ser comparada con una imagen termográfica. La mayoría de los sistemas termográficos incluyen un programa para transferir las imágenes a una computadora para el análisis e impresión de reportes. Nota: la cámara infrarroja no “ve” la temperatura, ésta se calcula desde la entrada de datos hechos por el usuario en la cámara o en el programa.

Figura 2-19 Instrumentos de termografía infrarroja incluyen radiometros de punto, cámaras inmóviles y cámaras de video.

Los instrumentos van desde un “radiometro spot” usado para detectar la temperatura de un lugar hasta cámara estáticas y cámaras de video que pueden grabar los cambios de temperatura. Los precios occilan de muy baratos a muy caros, siendo los aparatos de mayor valor los que usualmente tienen una mejor resolusión de imagen, cuentan con zoom para enfocar el áerea de interés, más opciones de campo y opciones de programa adicionales.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 1 9

Las cámaras infrarrojas comunes tienen la capacidad de ajustar la sensibilidad, de esta manera la escala de colores muestra en blanco candente las áreas más calurosas. Esta área “blanco candente”podría tener de 50 grados farenheit a varios cientos de grados dependiendo de la aplicación. La principal falla en la mayoría d eaplicaciones es la temperatura relativa sobre la temperatura absoluta.

Figura 2-20 Imágenes termográficas y fotográficas de un rodamiento sobrecalentado.

Es posibel ajustar la imagen para obtener solo parte de ésta en un “blanco candente”. Una escala indica la relación entre el color y la temperatura. A pesar de que la escala indica la temperatura, al comparar la temperatura en puntos seleccionados provee un mejor indicador de seguridad. Las temperaturas se calculan tomando en cuenta los datos que el operador introduce en la cámara. La termografía infrarroja se usa básicamente en las siguientes aplicaciones: • • • • • • •

Mecánica Máquinas, pipas, tuberías, rodamientos y fajas. Eléctrica Líneas aéreas, motores transformadores, paneles de control Sistemas de vapor Sistema de tuberías y redes de vapor Planta refractaria

Algunas cosas que debe saber... La cámara infrarroja enfoca la energía electromagnética radiada desde el primer 1/1000” (un mil) de la superficie. La cámara infrarroja no “ve” la temperatura, esta se calcula tomando en cuenta la información que el operario ingrese en la cámara o computadora.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 2 0

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-21 Muestra de una imagen infrarroja de una huella luego de estar de pie unos segundos.

Transferencia de calor El calor se transfiere en tres maneras, lo cual puede afectar la certeza de la lectura de la temperatura de un objeto. Radiación o emisión: es el tipo de transferencia de calor en el cual es calor se propaga de la superficie del objeto como energía infrarroja. Conducción: el calor se transfiere principalemnte a través de un objeto sólido Convección: el calor se propaga desde la parte calurosa de un líquido o gas moviéndose hacia arriba. Vea la Figura 2-23 Estos puntos deberían entenderse para una correcta medición de la temperatura.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 2 1

Figura 2-22 El calor se propaga via conducción, cenvección o radiación.

¿Cómo funciona la emisividad? La cámara infrarroja detecta tres formas de radiación: • • •

Calor emanado Calor reflejado Calor transmitido

Estas tres formas se deben comprender y considerar para obtener una medición certera de la temperatura. Todos los objetos emiten, reflejan o transmiten el calor de forma diferente, por lo tanto es importante conocer la tasa de emisividad de un objeto.

Figura 2-23 Relación de calor emitido, calor reflejado y calor transmitido.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 2 2

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Calor emitido: emisividad El calor emanado es el calor que se radia desde un objeto en forma de energía infrarroja. • • • •

• •

Un “cuerpo negro” tiene un valor de emisividad de 1.0 y tiene un recubrimiento anodizado. Todos los demás cuerpos tienen un valor de emisividad menores de 1.0. Todos los objetos emiten, propagan y transmiten el calor de diferente manera, por eso es importante conocer la emisividad de los objetos. Algunos ejemplos de objetos con alta emisividad son el agua, la nieve, el hielo, la vegetación, el vidrio, el papel, la tierra y los minerales. El cobre oxidado= 0.68, mientras que el cobre brillante = 0.02. Ejemplos de objetos con un bajo nivel de emisividad (0.2 ó menos) son los metales brillantes (cobre, aluminio, acero, plata y cromo) Se encuentran disponibles tablas de niveles de emisividad para varios objetos que ayudan a ingresar a la cámara o computadora los niveles de emisividad de cada uno.

Nota: Emisividad es el término usado para describir el porcentaje de energía emitido por un objeto en comparación con la energía emitida por un “cuerpo negro” a la misma temperatura. Las cámaras infrarrojas captan la energía electromagnética radiada desde el primer 1/1000” de la superficie. La fuente de calor puede venir del interior de un objeto (tanque, máquina, cabina), pero el detector solo ve la energía emitida desde la superficie. Por lo tanto es necesario abrir las cabinas para detectar fallas eléctricas, a menos de que cuenten con una ventana especial o la puerta de la cabina se caliente. El contenido y el color de la pintura pueden afectar la emisividad.

Figura 2-24 Observe como los colores afectan la emisividad de un papel que tiene la misma temperatura en la superficie.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 2 3

Calor reflejado El calor puede provenir desde otra fuente diferente al objeto en medición y puede afectar drásticamente la exactitud de la medición. Algunas fuentes de calor pueden ser la luz intensa, los rayos solares o calor producido por un objeto localizado cerca de la máquina o equipo. El calor reflejado puede encontrarse en un ángulo tal que la cámara lo percibe directamente olvidándose del calor emitido por el objeto. Por ejemplo, una imagen infrarroja de un tanque brillante en un día soleado puede reflejar directamente los rayos del sol al lente de la cámara afectando la exactitud de la lectura.

Figura 2-25 Un tanque de almacenamiento en un día soleado.

Calor transmitido El calor proveniente de otra fuente puede absorberse en un objeto y eventualmente salir de nuevo. Esto afecta la temperatura real y la energía electrómagnetica irradiada.

Mediciones confiables Para obtener datos de medición confiables es necesario que: • • •

La emisividad debe ser superior a 0.6 El ambiente debe ser conocido y controlado El viento debe ser inexistente o controlado

Las mediciones poco confiables se obtienen cuando: • • • •

La emisividad es menor a 0.6. La radiación es pobremente emitida Existe radiación del entorno Existe un entorno extremo, desconocido o cambiante

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 2 4

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Advertencia: Si hay viento, hasta las temperaturas relativas pueden ser inexactas.

Aplicaciones eléctricas La termografía infrarroja es útil especialmente en muchas aplicaciones eléctricas. En subestaciones y líneas de distribución se observa la influencia del sol o del viento. Se pueden detectar conexiones flojas y sobrecarga.

Figura 2-26 Conexiones flojas o sobreconexiones se pueden detectar. Evada los efectos del sol haciendo el escaneo de noche.

Las barras de conexión se pueden aflojar causando excesivo calor, o las cargas se pueden desbalancear. Si el panel está abierto o hay una ventana en la cubierta del panel, usted puede detectar las fallas arriba mencionadas. Observe la Figura 2-27.

Figura 2-27 Conexiones flojas o sobrecargadas.

Los fusibles y los bloques de fusibles pueden tener problemas similares que se pueden detectar. Por medio de una imagen termográfica se pueden ver claramente rayas de “barra de dulce” debidas a hebras rotas. &&

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 2 5

Figura 2-28 Rayas de barra de dulce debidas a una hebra rota. La hebra de color claro está soportando la carga.

Figura 2-29 Bloque terminal caliente

Aplicaciones mecánicas Muchos estados mecánicos se pueden detectar usando imágenes termográficas, por ejemplo: • • • • •

Problemas de embobinado en motores. Ver Figura 2-32 Asuntos de enfriamiento Problemas de amarres Rodamientos sobrecalentados. Ver Figura 2-32 Anormalidades en bombas, tuberías y compresores Nota: El infrarrojo no es un buen indicador de advertencias de desgaste de rodamiento.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 2 6

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-30Imágenes termográficas y fotográficas de una red de vapor dañada. Note la temperatura delta de 20 grados.

Sistemas de vapor Fugas y obstrucciones en los sistemas de vapor se captan fácilmente usando imágenes termodinámicas. También son útiles en la revisión de redes de vapor. Un punto clave es revisar la temperatura relativa a través de la red desde la entrada hasta la salida. La Figura 2-32 muestra una temperatura delta de 20 grados.

Figura 2-31 Embobinado sobrecalentado de un motor. Rodamiento sobrecalentado.

Sistemas refractorios Las calderas, hornos y otro equipo refractario frecuentemente presentan problemas de aislamiento que se pueden detectar con imágenes termograficas. Además se puede obtener un indicador de obstrucción que pueden ocasionar un bajo rendimiento del sistema. Las areas calientes en un horno de cal en la Figura 2-33 indican áreas de pérdida de calor, lo cual afecta su eficiencia.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 2 7

Figura 2-32 La imagen de un horno de cal con áreas calientes indica un pobre aislamiento.

La tecnología termográfica tiene muchas aplicaciones dentro y fuera de una planta, en los procesos, en el equipo de soporte y en los sistemas tales como energía electrica, tuberías, tanques, fugas y más. El precio de un equipo IR varía mucho, pero en general es costeable para la mayoría de fábricas.

Pruebas de motores eléctricos Los motores eléctricos son los componentes más importantes de la maquinaria. Es imperativo conocer su estado para asegurar un proceso de producción ininterrumpido y para programar posibles periodos de inactividad por adelantado.

Figura 2-33

Los problemas mecánicos en los motores se pueden detectar con el uso de ultrasonido, termografía infrarroja y monitoreo de vibraciones. Sin embargo, existe una prueba especial que puede detectar problemas eléctricos. Las dos categorías que encontramos son: 1. 2.

Pruebas fuera de línea / estáticas Pruebas dinámicas en línea

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 2 8

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Pruebas fuera de línea / estáticas Pruebas fuera de línea / estáticas se toman una vez al año o durante interrupciones con el motor apagado. También constituyen una herramienta de seguridad de calidad en motores recien reacondicionados o rebobinados antes de almacenarlos o utilizarlos. Examinar estos motores nos da pruebas de que el almacén está haciendo un buen trabajo o no. Cada vez que un problema ocurra, el motor involucrado debería ser revisado para rectificar la integridad del aislante. Algunos problemas de voltaje, sobracarga y contaminación pueden comprometer seriamente el aislante. Las pruebas fuera de línea incluyen: • • • • •

1B809F1A

Resistencia del embobinado mega-ohmio Índices de polarización Potencia elevada Pruebas de sobretensión

Estas pruebas deben realizarse en secuencia con equipo moderno. Actualmente se manufactura equipo que puede simular situaciones reales sin ocasionar daños al sistema de aislamiento del motor. Es importante revisar los motores a un nivel de voltage y condiciones similares a las que tiene en un día normal de producción. Análisis de los circuitos del motor- Métodos de prueba tradicionales MCA. La mayoría de los métodos de prueba tradicionales requieren un alto nivel de voltage para funcionar. El próposito es tensar el sistema de aislamiento forzando una reacción de los aislantes dipoles o forzar una potencia a través de una falla de resistencia o capacitiva. Insulación Meg-ohmor o prueba de piso. Los Índices de polarización, pruebas de resistencia y pruebas de comparación de sobretensión. Aislamiento para prueba de tierra (medidores de mega-ohmios)

Figura 2-34

Un DC potencial se coloca a través de los conductores de embobinado del motor y tierra. La potencia aplicada se establece y una corriente de valor (fuga) cruza las fronteras del  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 2 9

aislamiento. Este método es, en efecto una manera de medición de filtraciones a través de los límites del aislamiento, pero solo entre las superficies de los conductores y el suelo. Como los aislantes de doble polaridad se avivan con DC, se requiere tiempo para polarizarlos. Las normas indican que generalmente el tiempo de carga de embobinado es de un minuto y que la resistencia del aislamiento se afecta directamente por la temperatura y la humedad. Índice de polarización. La prueba de índice de polarización (PI, por sus siglas en inglés) es una medición de filtración cada minuto por 10 minutos. Los resultados se muestran como un porcentaje de los diez minutos en una lectura minuto a minuto. Es sobreentendido que una falla se polarizará lentamente (un porcentaje alto)o rapidamente (un porcentaje lento) debido a la contaminación y cambios en la capacidad del circuito. Prueba de resistencia a alta potencia.Las pruebas de resistencia usan un bajo voltaje de salida DC y un puente. El principal proposito es la detección de conexiones altamente resistentes, conexiones flojas, conexiones o conductores rotos y cortocircuitos.

Figura 2-35 Instrumento usado para las pruebas estáticas.

Pruebas de comparación de sobretensión. Este es un viejo método de evaluar cortocircuitos en el embobinado. Una serie de pulsos de pendiente frontal de más alto voltaje son enviados del instrumento al estator. Los altos voltajes fuerzan las dobles polaridades a una dirección dejando una posibilidad de detectar una falla reactiva creando potencia suficiente a través de la barrera (Ley de Paschen), ya sea que ocurra una descarga parcial o se dibuje un arco al ser cerrado. Ambos métodos de detección causan un cambio a las propiedades del aislamiento al punto de acelerar o completar una falla. Para forzar defectos pequeños, una potencia mayor se debe aplicar para tensar el sistema de aislamiento. Debido a que la pendiente delantera pulsa, el voltaje aplicado queda normalmente impresionado solamente en los primeros virajes 2-3 en la primera bobina de cada fase. La situación es diferente en la detección de fallas en el aislamiento de giro de una bobina (paralela o de fase) con muchas espirales La falla de de un aislamiento de viraje en un solo espiral en una bobina de muchos rollos ocasiona un pequeño cambio relativo en las características (L, C, R) de la impedancia de carga total vista por el generador sobre tensado. Por lo tanto el cambio en la forma de la onda de voltaje (VFW en sus siglas en inglés) producto de una falla en el aislamiento del viraje en una bobina de muchos rollos puede ser relativamente pequeña. Por Lo tanto las pruebas de sobre tensión pueden no ser confiables para verificar la presencia de un giro acortado en bobinas de una sola fase o de tres bases en una máquina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 3 0

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

“Las pruebas de sobre tensión en una máquina pueden conducir a conclusiones erróneas. Bobinas intactas podrían aparecer como bobinas con cortocircuitos. Más importante es el hecho de que un cortocircuito en el viraje inducido por la prueba al romper un aislante débil puede no ser detectado. En tales casos, la bobina puede fallar después de que se ponga a funcionar de nuevo. “En vista de lo antes mencionado, la precaución siempre se recomienda al realizar pruebas de sobre tensión en el embobinado completo. Estas pruebas conllevan riesgos importantes que deben ser considerados. Tal precaución es más importante en las pruebas de diagnóstico en una máquina en funcionamiento, dado que tales exámenes se realizan con menor frecuencia que las pruebas en máquinas nuevas, remozadas o restauradas en la planta del fabricante.”[8] Como se muestra, las pruebas tradicionales tienen defectos específicos en la detección, y su habilidad para descubrir defectos en una manera no destructiva.

Pruebas dinámicas en línea La pruebas en línea permiten examinar el motor y el panel mientras que el motor está operando. Dependiendo del tipo de prueba, estas visualizan el espectro actual y de voltaje. La información se recibe en forma de datos de vibración.

Figura 2-36 Pruebas dinamicas en línea pueden hacerse en el panel eléctrico.

Las pruebas en línea que se pueden realizar incluyen: • • • • • • • •

Cortocircuitos en bobinas entre los conductores o bobinado Contaminación de la bobina Fallas de aislamiento de tierra Fallas de entrehierro, incluyendo rotores excéntricos Fallas de rotor incluyendo vacíos en la fundición y barras rotas de rotores Vibraciones que detectan barras rotas de rotores, excentricidad de entrehierro, rotores excéntricos Análisis de corriente con abrazaderas, barras rotas de rotor Bobina de flujo – campo de flujo desnivelado.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 3 1

Espectro de corriente. El espectro de corriente se puede obtener en cada lado del panel usando una abrazadera de corriente. Vea la Figura 2-38. Una comparasión general que se puede hacer es la cantidad de electricidad dibujada en cada terminación. Esta debería ser aproximadamente la misma para un balance de carga adecuado. Una carga extraordinariamente alta o baja indica un problema.

Figura 2-37 Abrazadera de corriente

El espectro de corriente puede indicar la probabilidad de que alguna barra del rotor esté rota, asi como otros defectos tales como un entrehierro desnivelado o de un rotor curvo. La bobina de flujo se usa en el motor más que en el panel. Este recolecta datos del campo de influjo generado por el motor y los proyecta como un espectro, lo cual puede indicar problemas potenciales en la bobina.

Figura 2-38 Bobina de flujo usada en el motor.

Las pruebas en línea tienden a ser menos destructivas que las de fuera de línea, y tienen el beneficio de mantener al motor funcionando. Los exámenes en línea pueden ser hechos por personal interno certificado mientras que muchos de las pruebas fuera de línea requieren la colaboración de profesionales externos.

Análisis de aceites El aceite es la sangre que mantiene en funcinamiento su maquinaria. La maquinaria de rotación necesita tener una lubricación adecuada. Pero es sorprendente la frecuencia en que encontramos una lubricación incorrecta o el uso de lubricante contaminado, lo cual se traduce en un desgaste mayor y fallas del equipo. Además hay una razón económica, comprar y disponer de lubricante es una tarea costosa.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 3 2

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-39

Frecuentemente el aceite bueno se altera, por eso una prueba de aceite y grasa se hace necesaria. Estos exámenes indican: • • •

Si el lubricante esta todavía en condiciones de realizar su trabajo. Si hay contaminantes tales como agua o impurezas. Si hay presencia de metales u otros elementos que podrían mandar advertencias de desgaste.

¿Qué miden las pruebas de aceite? Se recolectan periódicamente muestras que se analizan, ya sea en un laboratorio externo o en la planta misma. Diversos exámenes de aceite incluyen: Prueba

Medición…

Baño de aceite a 40° y 100°

Viscosidad

R. D. E. Espectroscopia

Concentraciones

FT – IR (Infrarrojo)

Degradación, contaminación y falta de aditivos

Acido total

Niveles de acidez

Asentamiento total

Niveles de asentamiento

Agua Chasquido

Concentraciones a 200ppm

Karl Fisher

Concentraciones a 10ppm

Conteo de partículas

NAS & limpieza ISO Tabla 2-2

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 3 3

Ventajas del análisis de aceite • • •

Detecta partículas con desgaste normal por encima de 6.10 micros Determina la reducción aditiva del lubricante Detecta contaminación del líquido

Desventajas del análisis de aceite • • •

No detecta el inicio de un desgaste anormal-partículas desgastadas en exceso de 10 micros No detecta las causas del desgaste (rodamientos, engranes, sellos, anillos, etc.). No provee información con respecto a la condición de la máquina.

Tome en cuenta que estas pruebas no proveen toda la información que se necesita para saber si hay desgaste anormal dentro de la máquina. El conteo de partículas solo reconoce partículas por encima de los 6 micros e ignora las más grandes. Tampoco indica las causas del desgaste, por ejemplo, rotativas, engranajes, sellos, anillos, etc. El análisis provee buena información sobre la condición del aceite, pero da pocos datos sobre la condición de la máquina. Es fácil de asumir que un reporte positivo de aceite significa que la máquina esta en buenas condiciones, sin embargo no necesariamente es verdad; es importante reconocer las limitaciones de un análisis de aceite y complementarlo con una prueba de desgaste de partículas y de esta manera obtener un resultado más certero sobre el estado de la máquina

Análisis de partículas de desgaste El Análisis ferrográfico de partículas desgastadas es una tecnología que se usa para lubricar el equipo. Este provee una mirada exacta sobre el estado de los componentes lubricados de una máquina examinando las partículas suspendidas en el lubricante. Marcando el tamaño, la concentración, la forma y la composición de partículas contenidas en pruebas de aceite obtenidas periódicamente, un desgaste anormal relacionado con las condiciones se puede identificar en una etapa temprana.

Figura 2-40

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 3 4

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

El análisis de partículas desgastadas complementa el análisis de vibraciones suministrando, en algunos casos, detecciones tempranas de fallas y es menos susceptible a las limitaciones impuestas por la maquinaria rotativa lenta o reciprocante.

Figura 2-41 Los diferentes tipos de partículas desgastadas indican problemas específicos.

A pesar de que es posible la compra de equipo de laboratorio y la realización de exámenes dentro de la planta, la mayoría de las industrias confía en laboratorios comerciales externos. Las muestras de aceite se deben recolectar en el sitio en una forma controlada para después ser enviadas a un laboratorio externo, Los resultados de la prueba están disponibles electrónicamente para su integración al programa de monitoreo de condición. Las partículas desgastadas se dividen en seis tipos: Cada uno tiene sus características particulares y causas.

Análisis de aceite vs. Análisis de partículas de desgaste La Figura 2-43 muestra la relación entre las capacidades del análisis de aceite estándar usando un espectroscopio y un análisis de partículas desgastadas. El espectroscopio solo reconoce partículas arriba de 6 micras e ignora las partículas desgastadas anormales más grandes. Por esta razón es una buena práctica tener un análisis de partículas desgastadas realizada en muestras de aceite.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 3 5

Figura 2-42 Un análisis normal de aceite no distingue partículas desgastadas anormales.

Desgaste abrasivo El desgaste abrasivo es el resultado del contacto de partículas pesadas con componentes internos. Tales partículas incluyen polvo y una variedad de metales erosionados. La introducción de un proceso de filtración puede reducir el desgaste abrasivo. Además es importante asegurarse del buen funcionamiento de los sellos y los conductos de respiración.

Desgaste adhesivo El desgaste adhesivo se genera cuando la superficie de dos metales entran en contacto permitiendo que las partículas se escapen del componente. Una lubricación insuficiente o la contaminación en el lubricante normalmente son los causantes de dicho escape. Asegurarse de un grado de viscosidad óptimo del lubricante que se usa puede reducir el desgaste adhesivo. Reducir la contaminación en el aceite también ayudará a eliminar el desgaste adhesivo. La cavitación se produce cuando el aire arrastrado y las burbujas de gas colapsan. Cuando este colapso ocurre contra la superficie de los componentes internos se pueden producir grietas y aberturas. El control de las características de la espuma del aceite con un aditivo anti-espuma puede ayudar a reducir la cavitación.

Desgaste corrosivo El desgaste corrosivo es el resultado de una reacción química que remueve material de la superficie del componente. La corrosión además puede ser el resultado directo de una oxidación acídica o de una corriente eléctrica fortuita. La corrosión por corriente eléctrica  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 3 6

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

ocasiona “daños de soldaduras” en la superficie desgastada. La presencia de agua o productos de combustión pueden estimular el desgaste corrosivo.

Desgaste por corte Desgaste por corte se puede ocasionar cuando una partícula abrasiva se ha encastrado en una superficie flexible. El equipo desbalanceado o desalineado puede contribuir a este tipo de desgate. Una filtración adecuada junto a un equipo de mantenimiento son necesarios para reducir el desgaste por corte.

Figura 2-43 Desgaste por corte.

El desgaste por corte se parece a largas tiras rizadas de material con una proporción de apariencia de 5:1 a 50:1 (largo y ancho) y nunca se considera normal.

Desgaste por fricción La fricción es el resultado del desarrollo de grietas en la superficie del componente permitiendo la generación y la eliminación de partículas. Las principales causas de desgaste por fricción incluyen la lubricación insuficiente, la contaminación del lubricante y la debilidad de los componentes.

Desgaste por roce El desgaste por roce se ocasiona por la tensión de las máquinas. Hacer que el equipo trabaje a velocidades excesivas puede ocasionar este tipo de desgaste. El exceso de calor en una situación de sobrecarga debilita al lubricante y puede ocasional un contacto de metal-metal.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 3 7

Cuando una parte movible entra en contacto con una inmóvil un desgaste por roce indudablemente se ocasiona. La siguiente tabla es una herramienta útil para encontrar las causas posibles de partículas desgastadas. Metal desgastado

Causa posible

aluminio

Rodamientos, bloques, bujes, clutch, pistones, bombas, rotores, arandelas.

Cromo

Rodamientos, bombas, anillos, barras

Cobre

Rodamientos, bujes, clutch, pistones, pistones, arandelas

Hierro

Rodamientos, Bloques, cigüeñales, cilindros, discos, engranes, pistones, bombas, ejes

Plomo

Rodamientos

Níquel

Rodamientos, ejes, válvulas

Plata

Rodamientos, bujes, soldaduras

Estaño

Rodamientos, ejes, pistones Tabla 2-3

El análisis de partículas desgastadas es una herramienta poderosa para un examen no intrusivo en las partes lubricadas de la máquina. Esta prueba puede detectar partículas desde 1 micra hasta 350 micras. El análisis toma en cuanta la forma, composición, tamaño de distribución y concentración. Los resultados ayudan a determinar los modos de desgaste de operación en la máquina y por lo tanto, da recomendaciones de mantenimiento específicas. El análisis de partículas desgastadas detecta el deterioro anormal, mientras que el análisis de aceite detecta el desgaste normal de partículas arriba de 6 micras.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 3 8

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-44

Selección de la mejor tecnología Antes de seleccionar la tecnología es necesario realizar una revisión de todo el equipo de la planta. Algunos puntos que se deben considerar son: • • • • •

requerimientos de confiabilidad Importancia del proceso Verificar si hay equipo repetido Localización y accesibilidad física riesgos

Todas estas consideraciones son también consideraciones financieras. Todo debe ser financieramente justificable. Si el tiempo y esfuerzos requeridos para monitorear una máquina no se justifican, no la monitoree.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 3 9

Figura 2-45

Tenga en cuenta la historia de la máquina. Considere los modos de confiabilidad y falla junto con las maneras de detectar los modos de falla. ¿Cuál es el impacto de una falla? ¿Habrá pérdidas debido al tiempo perdido y daños secundarios? ¿Cuáles son los costos asociados a los componentes a al trabajo? ¿Cuáles son los costos de producción por pérdida de tiempo y los costos de capital involucrados? ¿Hay una unidad de repuesto? Todos estos riesgos deben ser balanceados con la posibilidad de detectar una falla, los costos involucrados en el monitoreo del equipo, y los costos de las tecnologías que se requieren, incluyendo la capacitación necesaria para su éxito. Un análisis de riesgo se debe realizar. Dicho análisis le ayudará a decidir si el equipo se debe monitorear , además la frecuencia y las tecnologías que se requieren. También le ayudará más tarde en la detección de fallas y en qué punto el equipo debe ser reparado. El riesgo cambia durante el año. En tiempos de gran demanda, o en condiciones de clima adversos (por ejemplo, el enfriamiento de la planta en verano, o la generación de energía en invierno), la frecuencia del monitoreo y el plan de reparación necesitan ser modificados. Entonces es necesario considerar qué tipo de tecnología se requiere para detectar problemas futuros. ¿Puede usted ser exitoso con la vibración? Podrían otras tecnologías ser incluidas: infrarroja, análisis de partículas desgastadas, etc.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 4 0

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Tabla 2-4

La siguiente tabla muestra cuales tecnologías son óptimas para tipos de fallas específicas.

Tabla 2-5 De Keith Young, Tecnología de mantenimiento, Junio 1995

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

D O S -

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

P

2 - 4 1

El futuro del monitoreo de condición El monitoreo de condición ha probado ser una inversión que vale la pena implementar. El futuro involucra: • • • • •

Una integración más estrecha de tecnologías y sistemas Una continua integración entre el monitoreo de condición y el monitoreo de proceso Un incremento el uso de sistemas de diagnóstico automáticos Un énfasis de información sobre datos Un mayor uso de la internet

Integración de la tecnología. Es imposible obtener un panorama completo desde una sola tecnología. Analistas y técnicos necesitan tener habilidades múltiples en el manejo de diferentes tecnologías. La Alianza de Sistemas abiertos en la Administración de Información de Maquinaria (MIMOSA por sus siglas en inglés) y otros grupos y vendedores están continuamente trabajando para compartir información y datos, sin embargo, se debe hacer mucho más en esta área. Los grupos como MIMOSA necesitan mayor apoyo de los vendedores y los usuarios de la tecnología. Consorcio entre la administración de procesos y el monitoreo de condición. Grandes compañías de monitoreo de proceso e industrias de control se percataron de la importancia del monitoreo de condición y han unido sus conceptos y tecnologías. Se dieron cuenta de la importancia del monitoreo de condición para el presupuesto destinado al mantenimiento y para la mejora global en la organización. La línea entre el monitoreo de condición y el monitoreo de proceso poco a poco es más delgada. Monitoreo en línea. Con la popularidad de las tecnologías y su valor para la industria, varios avances no se han hecho esperar en el área de monitoreo en línea. Esta aplicación provee la capacidad para una detección inmediata y reconocimiento de problemas potenciales incluso en localizaciones lejanas. Los sistemas en línea serán más sofisticados, menos costosos y más inteligentes, y no se limitarán a transmitir datos, la información de diagnóstico será transferida. La internet. La mayoría de plantas ahora involucra gente y servicios que se encuentran lejos del sitio del equipo. Muchos sistemas tienen e-mail automático y los barredores portátiles de la web permiten a los individuos visualizar la información y hacer recomendaciones remotas. Podemos estar seguros que las aplicaciones para el monitoreo de condición seguirán rápidamente la integración de nuevos avances de comunicación.

Repaso El objetivo es reducir los costos de operación de la planta (o incrementar las ganancias) al reducir los costos de mantenimiento y minimizando los costos de los paros del equipo. Todo esto se logra incrementando la confiabilidad del equipo y recobrando el control del diario de mantenimiento.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

2 - 4 2

C A P I T U L O

D O S

–

M O N I T O R E O

D E

C O N D I C I Ó N

Figura 2-46 Las tecnologías de monitoreo de condición nos ayudan a dar un vistazo al interior de la máquina y ver su estado.

Este objetivo se alcanzará al hacer los cambios requeridos y asegurarse que el equipo es más confiable. Lo primero que se debe hacer es determinar por qué el equipo falló, si dicha falla fue ocasionada por altos niveles de vibración que ocasionaron desgaste debido al desbalance o resonancias, si fue por contaminantes en el lubricante o por mala lubricación, por reparaciones deficientes o por el uso de piezas de mala calidad, por mal diseño o problemas de manufactura, etc. Las tecnologías de monitoreo de condición realmente nos permiten dar un vistazo al interior de la máquina y cerciorarnos de su estado. Las máquinas se deben monitorear con frecuencia para detectar problemas en sus primeros años de tal manera que las reparaciones efectivas al mejor costo se puedan hacer. Esto se puede lograr y de hecho varias industrias alrededor del mundo están viendo los resultados. Se necesita compromiso en la administración, entrenamiento apropiado y un alto nivel de dedicación.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 3

Principios de vibración Objetivo: Describir la relación entra las formas ondas y el espectro y cómo el movimiento de la máquina genera las formas ondas. Este capítulo presenta los siguientes temas: • • • • • • • • •

Movimiento de vibración básico Período y frecuencia Amplitud: pico, pico a pico y rms Desplazamiento, velocidad y aceleración Unidades y conversión de unidades Lecturas de nivel global Introducción de las fases El FFT y el espectro Órdenes y forzamiento de frecuencias

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 2

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Introducción a la vibración Para llegar a ser un experto en el campo de la vibración es necesario contar con un entendimiento cabal de los elementos básicos del área. Una persona necesita saber: • • • •

cómo realizar una medición qué se está midiendo cuál es la apariencia de las señales de qué manera interpretar los datos gráficamente

Esta primera sección presenta un vistazo rápido del proceso de análisis de vibración. Presenta datos básicos tales como las fuentes de la vibración. Se introducirán las palabras onda y espectro, junto con los términos que se usan para describirlos, como “frecuencia” y otros. La meta es que nos lleguemos a sentir cómodos con las formas ondas y los espectros. La medición real, el procesamiento de señales y el diagnóstico detallado se estudian en otros módulos.

¿Qué es la vibración? Las máquinas rotativas, como los abanicos, las bombas, los motores y las turbinas vibran cuando están en operación. La vibración se puede escuchar y generalmente se pueden oír los problemas mecánicos y las fallas. Pero eso solamente es parte de la historia. Por medio de sensores especiales y de electrónica de monitoreo, la vibración nos proporciona advertencias con tiempo para una amplia gama de fallas: rodamientos dañados, componentes desalineados, rotores desbalanceados, fundaciones sueltas y muchas, muchísimas otras condiciones. La vibración cambia según cambie la condición. Las fuerzas dentro de la máquina causan la vibración, la cual se transfiere a los rodamientos. Estas fuerzas son el resultado de las fuerzas rotativas y de fricción. Cuando la vibración se mide en el rodamiento de una máquina, esta debe verse como la respuesta del rodamiento que alberga las fuerzas generadas dentro de la máquina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 3

Figura 3-1 Las fuerzas dentro de la máquina generan la vibración que se transfiere a través de los rodamientos.

Estas fuerzas se relacionan con todos los elementos rotativos: el eje del motor, los balines del rodamiento y las aspas del abanico, lo cual debe sumarse a la vibración que se genera en el proceso y en las máquinas del entorno. Si el impulsor está desbalanceado, esto se evidenciará en la vibración. Si los componentes no están exactamente alineados, se evidenciará en la vibración. Incluso si los pernos de la máquina no están fijados apropiadamente, esta traqueará y el problema se evidenciará en la vibración. Es evidente que si la vibración se mide y se observa por medio de un ojo entrenado, cualquier cosa que ande mal en la máquina puede remediarse. En el pasado, antes de la tecnología actual, la gente improvisaba formas de “oír” la vibración. Algunos solo tocaban las máquinas, mientras que otros simplemente se acercaban a escucharlas. Otros usaban un desarmador para “escuchar” mejor: la punta del desarmador se colocaba en la ubicación del rodamiento y el mango se ponía en el oído.

Figura 3-2 Antes de las tecnologías actuales, la gente usaba varios métodos para "oír" la vibración.

El primer paso en el proceso es extraer el patrón de vibración de la máquina. Se coloca un sensor en la máquina, típicamente en el contenedor del rodamiento y la vibración se transforma en una señal eléctrica. El sensor más común se conoce como “acelerómetro”, aunque "sondas de proximidad" de desplazamiento se usan con grandes turbinas y compresores cuando se monitorean rodamientos de periódicos (o de funda).  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 4

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

El equipo de monitoreo de vibración, típicamente, es transportado de máquina en máquina y el sensor se monta temporalmente en el rodamiento. Por conveniencia, muchas personas usan un acelerómetro con un magneto fuerte. El magneto y el acelerómetro se colocan en el rodamiento y comienza la medición.

Figura 3-3 El analizador y el sensor se mueven a diferentes puntos de la máquina para recolectar datos de la vibración.

¿Y qué sale del sensor? Si viéramos los datos de salida del sensor en un osciloscopio (donde podemos observar cómo el nivel de la señal cambia con el tiempo) veríamos un interesante patrón. El patrón se llama "forma de onda" y es similar al patrón que sale de un micrófono. Algunas veces, la señal puede parecer muy simple y verse como una “onda sinusoidal”. Sin embargo, en otras ocasiones, el patrón puede parecer bastante complejo.

Figura 3-4 La salida del sensor es una forma de onda. Puede ser una simple onda sinusoidal o algo mucho más complejo.

Los analistas de vibración estudian los datos de vibración para descubrir si se están desarrollando condiciones de fallas. Los analistas necesitan ser capaces de responder ciertas preguntas clave: ¿qué tipos de fallas existen? ¿Qué tan grave es la falla? ¿Cuándo debemos actuar? En vez de tener que estudiar las formas de onda, se puede realizar un cálculo especial para derivar la Transformada Fourier Rápida (FFT, por sus siglas en inglés). Luego, los nuevos valores se pueden calcular y comparar con los límites de alarma y observar su tendencia.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 5

Figura 3-5 Un FFT o espectro se puede calcular a partir de la forma de onda.

Los datos reales se muestran en un punto en la imagen del Motor/Bomba Figura 3-6. Es mucho más complejo que los datos que se muestran arriba. Observe la Figura 3-7.

Figura 3-6 Los cuadrados amarillos son los lugares donde se recogieron los datos en esta bomba.

Una cosa que se debe notar es que no todos los puntos en el motor se ven como estos. Cada punto puede mostrar características similares, sin embargo, pueden tener otras fuentes de vibración.

Figura 3-7 La onda y el espectro del punto vertical del motor.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 6

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Pero cómo debe verse la vibración. Las máquinas tienen muchas formas y tamaños. Hay dos reglas básicas: •

•

Hay una variedad de patrones que la persona debe aprender a reconocer. Si la máquina está desbalanceada, la vibración cambiará en cierta forma. Si hay un problema con los rodamientos, también cambiará, pero de un modo diferente. Note que la palabra clave en el párrafo anterior es “cambio”. Según la degradación de la máquina, el nivel y el patrón de vibración cambia. Generalmente, el nivel aumentará y el patrón podrá cambiar en un sinnúmero de formas.

Parece que todo lo que se necesita es medir la vibración, observar si cambia y entonces, sabemos que algo sucede, ¿correcto? En realidad, no es tan simple. La siguiente sección le dará más información sobre las formas ondas.

Formas de onda Elementos básicos – La forma de onda es la señal eléctrica del sensor. Es el trazo de los cambios de voltaje sucedidos mientras la vibración cambia de momento a momento. Este voltaje es graficado según transcurre en el tiempo. Por esto se le llama forma de onda. La onda brinda una visión precisa de cómo determinado punto está moviéndose o vibrando durante un período de tiempo. El abanico de abajo tiene una moneda pegada en una de sus aspas para causar un desbalance. El peso agregado por la moneda genera una fuerza centrífuga conforme el abanico gira. De hecho, la fuerza centrífuga hala el abanico, forzándolo a girar fuera del centro, causando vibración. La fuerza centrífuga causada por la moneda afecta el aspa del abanico, el eje y luego se transfiere a los rodamientos que sujetan el eje. Imagine que el abanico hace cinco revoluciones completas cada segundo. De esta manera, conforme el eje gira, los rodamientos sienten una fuerte vibración pulsante.

Time

Figura 3-8 Abanico con un sensor montado y la forma de onda resultante

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 7

La pulsación de la vibración coincide con el giro del eje. De hecho, se obtiene una pulsación por giro. Si se coloca un sensor en el rodamiento y solo se observa un segundo de vibración, veríamos 5 pulsaciones, o ciclos, en la onda (porque rota 5 veces por segundo).

One second of time

Figura 3-9 Un trazo de vibración durante 1 segundo.

Conforme el abanico da vueltas, la moneda rota con él cambiando la ubicación del desbalance que crea. Se capturan varias imágenes para mostrar la posición de la moneda relativa a la onda. Observe la Figura 3-10. Cuando la moneda está en la posición superior, la onda también está en el punto más alto del transcurso.

Figura 3-10 La posición de la moneda es relativa al trazo de la onda.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 8

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Tome en cuenta también que el foso de la onda se da cuando la moneda está en su posición más baja. La onda generada por el desbalance se llama “onda sinusoidal”. La onda sinusoidal luce igual si se genera con un sensor o con un analizador. La condición de desbalance causada por la moneda en el abanico hala el eje mientras gira debido a las fuerzas centrífugas de desbalance. Esto lo obliga a rotar afuera del centro, lo cual causa vibración. Este fenómeno se puede ver claramente cuando se trabaja con un indicador de dial. El émbolo se mueve hacia adentro y brota hacia afuera haciendo que la aguja del dial se agite hacia adelante y hacia atrás. Este movimiento se llama “movimiento armónico simple”. Simplemente, la aguja se mueve arriba y abajo en un movimiento periódico. Si la punta de la aguja del dial pudiera dibujar una línea en una página que se pasara frente a ella a velocidad constante, la curva que representaría sería una "onda sinusoidal".

Figura 3-11 Conforme el eje gira, hundiendo el indicador del dial, la aguja de este registra el movimiento en un papel pasado en frente. La cuadricula detrás del eje ayuda a ver su posición. El punto pesado está justo entre las posiciones internas y externas del émbolo.

El pico de la onda sinusoidal se da cuando el punto rojo del eje (el punto pesado) pasa el émbolo, y el foso aparece cuando el punto pesado está en el extremo opuesto al émbolo. Es la misma señal que mostraría en pantalla un sensor de vibración colocado en el eje del abanico. La onda sinusoidal es una representación de cómo la vibración "instantánea" cambia con el tiempo. La onda es una parte integral del análisis y el monitoreo de las vibraciones. La onda cambiará conforme la velocidad cambie y se agreguen otras fuentes de vibración. A menudo, se le llama a esta onda el “trazo” del movimiento de la máquina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 9

Frecuencia La palabra “frecuencia” es un término importante. Es usada con mucha frecuencia en el campo de la vibración. La frecuencia simplemente responde la pregunta “¿qué tan a menudo?”. Esto significa qué tan a menudo ocurre un evento en un período de tiempo definido. El “período de tiempo definido” que, generalmente, se emplea en el mundo de la vibración es un segundo o en un minuto. El término que se usa en combinación con la frecuencia por segundo es Hertz. El abanico del ejemplo anterior estaba dando cinco vueltas completas o cinco ciclos por segundo, lo cual significa 5 hertz (5Hz). Si el abanico completa 5 revoluciones cada segundo, entonces también completa 300 revoluciones por minuto. (5 revoluciones por segundo X 60 segundos.) Se podría decir que luego de que el abanico gira a 300 revoluciones por minuto (RPM). La vibración traza 5 ciclos completos por segundo o 300 ciclos por minuto o 300 CPM.

Hertz = Hz = Ciclos por segundo RPM = Revoluciones por minuto CPM = Ciclos por minuto CPM = RPM = Hz x 60

Figura 3-12

El abanico gira cinco veces por segundo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 1 0

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Por lo tanto, hay 5 ciclos por segundo. La frecuencia debe ser 5 CPS o 5 Hz. La velocidad del abanico = 5 Hz o 300 RPM. Las unidades de frecuencia En vibración, la frecuencia normalmente se expresa en Ciclos por Minuto o CPM. La velocidad de nuestro abanico es, por consiguiente, de 300 CPM. Naturalmente, la frecuencia en CPM es 60 veces el valor de la velocidad en Hz (o ciclos por segundo) por el hecho de que hay 60 segundos en un minuto. Aunque hablar de ciclos por segundo es una expresión fácil de entender, se emplea el término de Hertz, abreviado como Hz. Es decir, el eje gira a 5 Hz. Hay otro término que debemos aprender. Las unidades CPM y Hz son términos genéricos que se usan para describir cualquier frecuencia: la de un silbido o la del zumbido producido por una caja de engranajes. Sin embargo, cuando se trata específicamente de la rotación de un eje, las unidades usadas son las revoluciones por minuto (RPM). La velocidad del eje es de 300 RPM.

Período Otro término importante es el de “período”. El período es la duración de un ciclo. Se puede medir en la onda o se puede calcular si se conoce la frecuencia. Dos fórmulas muestran la relación entre los dos. Período = 1/ Frecuencia Frecuencia = 1/ Período El período se mide en unidades de tiempo: segundos o milisegundos. 1 milisegundo = 1 milésima de segundo. 1 ms =0.001 segundos Calcular el período de la frecuencia – Recuerde que, en la onda del abanico, la frecuencia es de 5 Hz. observe la Figura 3-13. La fórmula: Período = 1/ Frecuencia, indica que la frecuencia necesita ser dividida entre uno. Entonces, 1 ÷5 Hz es 0.2 segundos. En otras palabras, el período dura 0.2 segundos. Calcular la frecuencia del período – En referencia a las fórmulas de nuevo, la Frecuencia = 1/Período. En este ejemplo, el período será medido desde la onda.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 1 1

Figura 3-13 El período de un ciclo es de .2 segundos

La onda de la Figura 3-13 es de un segundo. Al medir el tiempo de un ciclo (usando la parte más baja de las curvas como guía), este va de 0.15 a 0.35 segundos durante una duración o período de 0.2 segundos. El valor de la frecuencia puede calcularse desde el momento en que sabemos que el período es de 0.2 segundos. La frecuencia es 1/período o, en este caso, 1 ÷ 0.2 = 5 Hz. (5 ciclos por segundo) El período es importante porque a veces una forma de onda puede tener un ciclo, o varios ciclos repetitivos (como el impacto de un rodamiento). Existen programas de software que se pueden usar para medir el tiempo entre los eventos o el período, y computar la frecuencia. Esa frecuencia puede compararse con los aspectos físicos de la máquina para determinar qué podría estar generando tal situación. Aumentar la velocidad del abanico ¿Cómo se vería la onda si la velocidad del abanico se duplicara? Habrá el doble de ciclos por segundo si la velocidad se duplicara. Hay 10 pulsos en un segundo ó 10 ciclos completos cada segundo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 1 2

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-14 Duplicar la velocidad del abanico duplica a su vez el número de ciclos por segundo.

Ahora la frecuencia será de 10 Hz (10 ciclos por segundo) o 600 CPM (600 ciclos por minuto). La velocidad del abanico es de 600 RPM. El período es ahora de 0.1 segundos (1÷10Hz = 0.1) Conforme la velocidad del abanico aumenta, aumenta también la frecuencia, pero el período se reduce. Esto afortunadamente se presente como algo claro y simple, pero hay un elemento que no ha sido mencionado todavía y se trata de la amplitud.

Amplitud En el ejemplo previo la velocidad del abanico fue aumentada. Se notó cómo afectó la frecuencia y el período de la onda. Pero eso es sólo parte de la historia. También influye en la Cantidad de la vibración. La cantidad de la vibración es a la que se refirió como la Amplitud.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 1 3

Figura 3-15 Conforme aumenta la velocidad, la cantidad de vibración, o la amplitud, también aumenta.

Esencialmente, a medida que la velocidad del abanico aumenta, los ciclos de la onda se agrupan en conjunto y aumentan en altura. En términos muy básicos, puede decirse que la amplitud de la vibración es la altura de la onda. La amplitud es la cantidad de vibración. Contesta a la pregunta “¿Cuánto?”. Si pudiéramos tocar el rodamiento del abanico mientras la velocidad se aumentara, podríamos sentir cómo aumenta la vibración. Estaría vibrando más rápido y con más fuerza. La amplitud es un indicador de la severidad de la vibración. El patrón de la onda mostrado por el desbalance del abanico es una simple “onda sinusoidal”. Hasta ahora, hemos manejado la idea de que solo hay una fuente de vibración: el desbalance del abanico. Pero normalmente hay otras fuentes de vibración presentes que afectan el fenómeno. En el siguiente ejemplo, se agrega otra fuente de vibración, la cual produce su propia onda, pero esa onda se agrega a las otras fuentes de vibración produciendo una onda combinada complejo. Primero, la velocidad del abanico está ajustada a 6 Hz. La onda ahora realiza 6 ciclos cada segundo.

Figura 3-16 Onda de un abanico a una velocidad de 6 Hz con una condición de desbalance.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 1 4

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Si se empuja cuidadosamente un bloque de metal a las aspas del abanico de modo que cada una lo golpee muy ligeramente al dar vueltas, entonces se agregaría una fuente de vibración adicional, la cual podría ser rastreada por un sensor de vibración. Ya que el abanico tiene 8 aspas, entonces habrá 8 choques por cada revolución. Para decirlo de otro modo, habrá 8 choques causados por el bloque de metal cada vez que el eje gire una vez. Observe la Figura 317. Para facilitar las explicaciones, llamaremos a este choque una "fricción". Por favor, recuerde que así no es una fricción real; esta solamente se usa con propósitos ilustrativos). La frecuencia de esta fricción se puede calcular de una forma simple y llana. Note que el abanico cambia de dirección a una velocidad de 6 Hz. Tomando en cuenta que la fricción produce 8 choques cada revolución, entonces sucede 8 veces más rápido. 6 Hz x 8 = 48 Hz . La frecuencia de esta fricción es de 48 Hz.

Figura 3-17 La onda generada por la fricción a 8x.

Ahora hay dos fuentes de vibración, una condición de desequilibrio y una fricción. El desequilibrio viene a ser la fuente de vibración más fuerte. Observe la Figura 3-16 y la Figura 3-17. Las dos fuentes se combinan en una sola que genera un patrón completamente nuevo. Vea la Figura 3-18. En vez de la forma de onda sencilla, la vibración de las aspas en fricción contra el bloque está superpuesta a la onda original (que había resultado del abanico desbalanceado. La onda ha cambiado. Vea la Figura 3-18.

Figura 3-18 La onda con señales de 6 Hz y de 48 Hz; el desbalance y la fricción.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 1 5

Una ilustración más gráfica se encuentra en la Figura 3-19 la cual muestra cómo cada fuente de vibración crea su propio patrón. Luego, todas las fuentes de vibración se combinan en una onda compleja.

Figura 3-19 Las fuentes de vibración se combinan para producir una onda compleja.

En realidad, las máquinas tienen varias fuentes de vibración. Los rodamientos, las aspas enfriadoras del abanico, las barras del rotor, las resonancias y hasta las vibraciones transferidas de otra máquina generan vibraciones en diferentes frecuencias. La resultante complejidad de la onda depende de la frecuencia, la amplitud y la fase de todas las señales. La onda puede ser muy útil, pero a medida que se introducen más y más fuentes de señales se hace más difícil interpretar lo que está ocurriendo en la máquina. En el ejemplo del abanico no es tan difícil relacionar los patrones con lo que ocurre en la máquina. Pero hay otro modo de estudiar la vibración y es por medio del “espectro”.

El espectro La vibración es la tecnología que nos permite ver dentro de una máquina y descubrir qué está sucediendo. La onda hace eso de una manera especial. Es una mezcla de todo, todas las fuerzas rotativas y de fricción combinadas. A menudo parece un balde lleno de repuestos apiñados en un desorden tal que no se puede determinar "qué vino de dónde".

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 1 6

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-20 La meta es ver dentro de la máquina para observar lo que sucede. La vibración puede hacer eso. Sin embargo, la onda puede ser demasiado compleja como para señalar las distintas fuentes.

Sin embargo, hay otra forma de estudiar la vibración y se llama el "espectro". El espectro se deriva de la onda a través de un proceso llamado la Transformada Fourier Rápida (FFT, por sus siglas en inglés). La FFT separa las diferentes ondas de la onda compleja y las muestra en un gráfico según las frecuencias. Observe la Figura 3-21.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 1 7

Figura 3-21 El proceso de FFT separa la ondas individuales y las despliega de acuerdo con la frecuencia.

Para mantener las cosas simples, usaremos el ejemplo del abanico (con la moneda en el aspa). Asumir que está rotando cinco veces por segundo, podría producir un espectro como el que aparece en la parte superior de la Figura 3-22. Si se duplica la velocidad del abanico, también aumentará la amplitud de la vibración (que se muestra en la parte inferior de la Figura 3-22) la altura del pico aumentará y el pico se moverá a la derecha, de hecho, se ha movido el doble de lejos a lo largo del eje x, puesto que la frecuencia del pico se ha incrementado al doble.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 1 8

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-22 La onda superior corresponde al ciclo de 5 Hz produce un espectro con un pico de 5 Hz. La onda de abajo es el resultado de duplicar la velocidad de 10Hz. Produce un espectro con un pico de 10 Hz. Note que la altura de los picos refleja la amplitud de las formas ondas.

Esta es solo una frecuencia extraída de una onda sinusoidal simple. Ambas ondas generaron un espectro con un pico. Este proceso funciona de modo similar aunque la onda sea más complicada.

Figura 3-23 El proceso FFT separa la onda compleja en ondas individuales y las muestra en el espectro.

De manera similar que el anterior ejemplo del abanico, un bloque de metal se inserta para friccionar con las aspas del abanico. Esto produce un segundo pico en el espectro. Recuerde que la vibración causada por la fricción ocurrió en una frecuencia superior (hay 8 aspas, por lo que también hay 8 pulsaciones por cada rotación). Si el abanico gira a 10 revoluciones por segundo o 600 revoluciones por minuto (RPM), la frecuencia del pico causada por la fricción será 9 veces ese valor: 80 cps o 4800 CPM.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 1 9

La Figura 3-24 muestra una máquina con 3 fuentes de vibración, velocidad del motor, un rodamiento y las veletas de la bomba. La onda debajo de la máquina es la combinación de las tres. A la derecha de la máquina hay una caja con las frecuencias individuales superpuestas.

Figura 3-24 Las tres fuentes de vibración se combinan en la onda compuesta y, a la derecha de la máquina aparecen superpuestas individualmente.

El proceso FFT separa ondas sinusoidales de la onda compuesta y las despliega de acuerdo con sus frecuencias. El espectro es como si estuviéramos viendo las formas ondas separadas desde el extremo final. Observe cómo en la Figura 3-25 las formas ondas individuales aparecen en un cubo tridimensional ligeramente movido. La Figura 3-26 muestra el cubo completamente rotado, lo cual nos permite ver cada onda sinusoidal.

Figura 3-25 Las formas ondas individuales aparecen en un cubo ligeramente movido.

La Figura 3-26 muestra el cubo movido 90 grados. El eje X de esta vista es la frecuencia. Las líneas individuales o picos son la vista final de cada una de las formas ondas. Se encuentran espaciadas de acuerdo con sus frecuencias individuales.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 2 0

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

El pico alto a la izquierda e la velocidad del motor (1xRPM). El siguiente pico es del rodamiento del motor. El pico a la derecha representa las veletas impulsoras de la bomba.

Figura 3-26 El cubo aparece rotado 90 grados, lo cual revela la vida final de las formas ondas. Estas aparecen truncadas para que no aparezca nada debajo de cero. El eje X es la frecuencia.

Esta nueva vista de la vibración denominada espectro es la clave para ver la condición de la maquinaria. La frecuencia indica la fuente de la vibración. La frecuencia se puede expresar en 3 unidades diferentes. Ya hablamos sobre dos de ellas, los ciclos por segundo o hertz y los ciclos por minuto. La tercera unidad se llama órdenes.

Órdenes La mayoría de las explicaciones de este capítulo relativas a la fuente de las vibraciones se han referido a la frecuencia en términos de velocidad de giro o múltiplos de unidades tales como CPM, Hz o cps.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 2 1

Figura 3-27 CPM y Hz son unidades de frecuencia.

La moneda colocada en el aspa del abanico producía una vibración cada vez que el eje daba vueltas. Sin importar lo rápido que el eje giraba, la vibración se producía con la misma frecuencia que el eje. La “fricción” del abanico era de 8 veces la velocidad de giro. Es decir, no importaba si la velocidad de giro era de 5 Hz, 6Hz o 10 Hz, la fricción seguía ocurriendo 8 veces por cada revolución del eje. El paso de la veleta en la bomba sucedía a 12 veces la velocidad de giro. Es muy útil referirse a la incidencia de algo en términos de múltiplos de la velocidad de giro en vez de términos absolutos de Hz o CPM, porque es bueno saber la frecuencia específica pero, generalmente, es mucho más útil saber la frecuencia relativa a la velocidad de giro. Si alguien dijera que el pico de 1X es alto, entonces la mayoría de analistas sabrían que se está hablando del pico en la velocidad de giro (porque esa frecuencia es equivalente a la velocidad de la máquina). En nuestro ejemplo, nos referiríamos al pico de 8X como el pico de "paso del aspa" como ocho veces mayor que la frecuencia de velocidad de giro. Los analistas se expresan sobre la frecuencia de diferentes maneras. Al pico 1X se le puede llamar "pico de una vez" o "pico de uno X". Es lo mismo. El término para expresar la frecuencia en múltiplos de velocidad de giro es la orden. Es común que los analistas hablen de la frecuencia en términos de órdenes. Por ejemplo, “hay un pico en 12 órdenes.” "Hay un grupo de picos entre 15 y 20 órdenes." De forma indiferente, se pueden usar las "12 veces la velocidad de giro", "12 X", etc. La frecuencia de la velocidad de giro pasa a ser 1X. La frecuencia de paso del aspa del abanico pasa a ser 8X.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 2 2

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-28 La frecuencia expresada en órdenes.

Otro ejemplo que ilustra la diferencia que se da al usar órdenes. Consiste en usar nuestro ejemplo del abanico de nuevo a dos velocidades diferentes.

Figura 3-29 1X está en 1 Hz o 60 CPM. El paso del aspa 8X está en 8 Hz ó 480 CPM.

La primera velocidad es de 1Hz. De esta manera, 1X es 1 Hz ó 60 CPM. Esto es muy simple ya que la máquina está girando a 1 Hz. El paso de la navaja está en 8 Hz.

Figura 3-30 1X reducido a 0.5 Hz o 30 CPM. El paso del aspa de 8X está en 4 Hz o 240 CPM.

Ahora, se reduce la velocidad de giro a 0.5 Hz. Por lo que 1X es 0.5 Hz ó 30 CPM.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 2 3

El paso del aspa de 8X está en 4 Hz ó 240 CPM. Ya sea que el abanico esté girando a 0.5 Hz o a 20 Hz, el componente de frecuencia provocado por la fricción de las aspas sobre el bloque será siempre de 8 veces esa frecuencia. En vez de desplegar el gráfico del espectro con el eje horizontal (eje x) en unidades como Hz o CPM, se puede cambiar a órdenes. Todos los picos se pueden expresar fácilmente en términos de órdenes.

Figura 3-31 Espectro con frecuencia en órdenes.

Para convertir cualquier frecuencia a órdenes, comience de la frecuencia real en Hz o CPM y divídala entre la velocidad de giro en las mismas unidades. Las unidades de órdenes son muy útiles para tratar de encontrar la fuente de picos en un espectro. Cuando un pico está presente en 5 órdenes es más fácil relacionarlo con un incidente físico como el paso de la veleta en una bomba. Un pico en 38 órdenes podría corresponder a los barrotes del rotor en un motor. Un pico en 3X podría relacionarse con un acoplamiento de 3 garras. Por supuesto, hay picos que no son múltiplos enteros de la velocidad de rotación. Toda la energía de un espectro se puede agrupar en una de tres categorías. Estas tres categorías guardan relación con el concepto de Orden.

Figura 3-32 La energía espectral se puede categorizar en uno de dos grupos.

Energía sincrónica – La energía que es un múltiplo entero de la velocidad de giro.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 2 4

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Energía no sincrónica – La energía que es un múltiplo fraccional de la velocidad de giro. Energía sub sincrónica – La energía que está por debajo de la velocidad de giro.

Frecuencias de fallo El capítulo previo mostró que los patrones en la onda y, por ende, en el espectro se basan en los elementos rotativos que componen la máquina. Fue bastante simple estudiar el abanico y determinar dónde aparecerían los picos en el espectro (lo cual no quiere decir que aparecerán, sino donde aparecerían si se presentara una condición de falla). Para los tipos de máquinas que se usan en industrias, el número de frecuencias posibles en un espectro aumentará. El analista debe aprender a estudiar una máquina y a computar esas frecuencias, lo cual se conoce como "frecuencias de forzado " o "frecuencias de falla”.

Figura 3-33

Algunos ejemplos de frecuencias de forzado: • • • • • • • • • •

Tasa de paso de aspas Tasa de paso de veleta Frecuencias de rodamiento Giro de balín Frecuencia de jaula Falla de pista interna Falla de pista externa) Frecuencia de la correa Engranaje Tasa de paso de la barra del rotor

Ejemplo de frecuencia de forzado:

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 2 5

Figura 3-34 La velocidad de giro es de 1000 CPM. Se espera un pico a 1000 CPM lo cual también equivale a 1X.

Hay frecuencias que se esperan de la maquinaria. Se espera que un motor genere un pico en la velocidad de giro del motor. Si la velocidad de giro es 1000CPM, entonces se espera un pico a 1000 CPM. Tal como el capítulo anterior señaló, esto también se llama 1 orden ó 1X.

Figura 3-35 El abanico enfriador del motor tiene 8 aspas. El paso del aspa es de 8X

El abanico enfriador del motor tiene 8 aspas. Si se presenta un problema con el flujo del aire, se puede esperar un pico a 8 veces la velocidad de giro. A esto se le conoce como 8X. Así entonces, el abanico enfriador también es una frecuencia de forzado. El motor está conectado a una propela de compresor en voladizo por medio de un acople, de modo que tenga el mismo eje RPM que el motor. Se espera que aparezca un pico cuando la velocidad del eje del impulsor llegue a 1X. La propela tiene 12 veletas, por lo que se espera que el pico se presente cuando haya un problema de flujo. Ese pico estará en 12X porque hay 12 veletas en la propela.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 2 6

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-36 La propela tiene 12 veletas. Se espera un pico en 12X.

Hasta ahora, en toda la máquina hay 3 frecuencias esperables; el motor y la velocidad del eje del compresor, la velocidad del aspa del abanico y la velocidad de la veleta la propela.

Figura 3-37 Hay 3 frecuencias esperables en la máquina.

El Centro de Aprendizaje iLearn Vibration de Mobius cuenta con software que le puede ayudar a elaborar las frecuencias de forzado esperables. Seleccione los componentes para construir la máquina, responda las preguntas y el programa calculará las frecuencias de forzado. Los controladores elegibles son: Motores, Turbinas y Motores reciprocantes.

Figura 3-38 Defina el componente después de agregarlo a la máquina.

Los tipos de transmisión son: caja de engranajes, correas, acople de velocidad variable, acople de recorrido directo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 2 7

Las unidades dirigidas son bombas, abanicos, compresores. Las frecuencias de forzado se muestran por medio de un espectro y la onda asociada.

Figura 3-39 Las frecuencias de forzado se calculan automáticamente con base en la información introducida por el usuario durante el progreso de la máquina.

Cómo describir la vibración Hay una gran cantidad de información que se puede aprender a partir de las formas ondas. Cada pulso y cada ciclo brinda información (pero, a veces, la información puede ser difícil de entender). Afortunadamente, hay otras formas de emplear los patrones de vibración. Se han desarrollado técnicas para “compendiar” el patrón en solo uno o dos números. Hay al menos cuatro formas de medir una forma de onda. Son las que aparecen en la Figura 3-40.

Figura 3-40 Las cuatro medidas típicas de las formas ondas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 2 8

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Los términos usados para describir las mediciones son los siguientes: • • • •

Raíz promediada al cuadrado (RMS, por sus siglas en inglés) Promedio Pico Pico a pico

Estos términos se explicarán en detalle más adelante en este mismo capítulo. Refiérase a la Figura 3-40. En el lado derecho, está el término Pico a pico (Peak to peak). La amplitud de pico a pico (abreviado como "pk-pk") es la cantidad medida desde la parte inferior del punto más bajo hasta la parte superior del pico. En una onda sinusoidal pura, el valor de Pico a pico es igual a 2 veces el valor del Pico. Luego está la amplitud del pico (abreviado "pk"). Es la cantidad que comprende desde cero hasta la parte superior del pico (o la raíz del punto más bajo, lo que sea mayor). El valor RMS (la raíz promediada al cuadrado) se calcula de modo diferente. El proceso, en realidad, es a la inversa de lo que indica su nombre, es decir, los valores son elevados al cuadrado, luego promediados y, por último, se obtiene su raíz cuadrada para determinar el valor. Suena como un proceso muy complicado pero se puede apreciar su lógica cuando se realiza paso a paso. La Figura 3-41 es una onda sinusoidal pura que ha sido rectificada. Esto significa que los lados negativos o puntos más bajos se han cambiado a positivos. La 2ª. y la 4ª. jorobas son los puntos más bajos negativos que han sido modificados a positivos. Cuando las áreas ubicadas bajo la curva son promediadas a fin de que sean iguales a los "valles", el nivel resultante es proporcional al valor de rms. Para una onda sinusoidal pura ese valor RMS es igual a 0.707 del valor del pico. Note que esto es cierto solo para una onda sinusoidal verdadera.

Figura 3-41 El valor RMS se calcula luego de rectificar (volver positivas las partes negativas) de la onda

El valor promedio es igual a 0.637 veces el valor de pico. Es el valor promedio de los valores absolutos de la onda. Este término es muy poco usado en vibración actualmente aunque está disponible en ciertos medidores analógicos. Observe la Figura 3-41. rms = Pk x 0.707 Pk = rms/0.707

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 2 9

Pk = rms x 1.414

Vibración compleja En las máquinas complejas, las señales aparecen juntas y provenientes de muchas fuentes, lo cual hace que la vibración sea muy compleja. Observe la Figura 3-42. Note que la línea de cero de la Figura 3-42 está desbalanceada. Recuerde que la definición del valor de pico es la cantidad desde la línea de cero hasta la parte superior del pico o hasta el fondo del punto más bajo (lo que sea mayor: en este caso, la segunda opción). Esto también impacta los valores de RMS calculados. Tome en cuenta que las reglas y los cálculos que se están presentando son válidos para una onda sinusoidal.

Figura 3-42 Ondas reales complejas con el lado negativo mayor que el positivo.

La relación de RMS, Pk y Pk-Pk se muestra en la siguiente serie de figuras.

Figura 3-43 Note los valores RMS, Pk y Pk-Pk en 24 CPM

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 3 0

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

La Figura 3-43 muestra la onda simple producida por el desbalance del abanico. La velocidad es de 24cpm. Observe los valores RMS, Pk y Pk-Pk.

Figura 3-44 La velocidad es la misma, pero se introdujo una fricción. Observe los valores RMS, Pk y Pk-Pk. Compárelo con la Figura 3-43

En la Figura 3-44 la velocidad es constante, pero se ha introducido una fricción. Observe el cambio de los valores con respecto a la Figura 3-43. El RMS ya no es 0.707 x Pk.

Figura 3-45 Se aumento la velocidad y se eliminó la fricción. Observe los valores RMS, Pk y Pk-Pk.

En la Figura 3-45, la velocidad se ha aumentado y la fricción se eliminó. Observe los valores ahora. El valor de RMS es de nuevo de 0.707 veces el valor de Pk. Note en las Figura 3-43 y Figura 3-45 que las relaciones del valor difieren en ondas no sinusoidales.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 3 1

El factor cresta El factor cresta de una onda es la proporción del valor de pico al valor rms. A veces se le llama “proporción de pico a rms”. Para una onda sinusoidal pura, el factor cresta es de 1.414. Una señal proveniente de una máquina desbalanceada es sinusoidal y, por consiguiente, será aproximada a 1.4. No obstante, las máquinas que tengan una falla en los rodamientos tendrán a poseer una onda más quebrada, por lo cual el factor cresta será mucho más alto. Se trata de un buen número para establecer tendencias, pero no muchos sistemas lo utilizan. (CF=PK/rms - ejemplo: para una onda sinusoidal pura con un valor de pico de 1, el factor cresta será de =1/0.707 = 1.414)

Figura 3-46 El factor cresta es la medida de lo quebrado de una onda, como en el caso de la que aparece aquí.

Unidades de vibración Cuando se explica sobre amplitudes de vibración, es necesario hacer referencia a las unidades. La amplitud se suele medir de formas diferentes y, como consecuencia, en unidades diferentes. Las diversas medidas podrían compararse a las medidas de un carro deportivo que estuviera compitiendo en una carrera de eslalon, girando por en medio de los postes. Imagínese que en un gran estacionamiento colocaran dos filas de postes dispuestas en forma paralela. Un carro deportivo comienza en una fila y corre hasta la otra haciendo luego un viraje en u alrededor de un poste y luego regresa a la primera fila. Después, el carro rodea el poste de esa fila y vuelve a la 2ª fila de postes una vez más. El carro debe continuar ese patrón hasta concluir con todos los postes de las dos filas.

Figura 3-47  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 3 2

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Hay al menos 3 medidas que se pueden calcular en el curso de la carrera de carros en el eslalon. Las medidas son las siguientes: mayor velocidad, distancia y fuerza. •

•

•

Mayor velocidad: este no es el tiempo total del curso sino la mayor velocidad alcanzada en determinado momento de la carrera. Este es el punto medio entre las dos filas de postes. EL carro acelera hasta que cruza la línea central y luego desacelera conforme se aproxima al siguiente poste. Distancia adelante y atrás: no son los kilómetros totales registrados en el contador del carro, sino la distancia que recorrió el carro de una fila de postes a la otra. En otras palabras, la distancia entre las filas de postes sumadas al espacio de viraje en u. Fuerza: una medida de la mayor “fuerza g” que experimentó el carro a través de su curso. Esto ocurriría a medida que el coche esté cerca de detenerse mientras rodea un poste, cambia de dirección y acelera de nuevo.

El curso por el que el carro deportivo viaja se parece a la huella de la onda de la condición de desequilibrio del abanico. La vibración se mide de modos similares y con unidades similares, pero con nombres diferentes.

Figura 3-48 La ruta seguida por el carro se semeja a la onda de vibración del desbalance del abanico.

La velocidad no se mide en millas ni en kilómetros por hora. Se mide en pulgadas por segundo (p./s., o PPS) o milímetros por segundo (mm/seg.). La distancia no se mide ni en millas ni en kilómetros, sino en miles o en micrones. Y no se llama distancia, sino desplazamiento. La fuerza se mide con las mismas unidades gs. Sin embargo, no se le llama fuerza, sino aceleración. Las unidades de vibración se explican detalladamente aquí. En el ejemplo del abanico, el desplazamiento se usó para demostrar el movimiento. Debido a que es el elemento más familiar hasta el momento, se explicó primero. No obstante, un factor por considerar es que habrá 3

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 3 3

ondas diferentes, una para cada unidad de vibración. Esto se explicará en sus secciones respectivas.

Desplazamiento Las sondas de desplazamiento miden la distancia entre el sensor y el eje.

Figura 3-49

Las unidades más típicas son: • •

Métrica: Imperial:

micrón pk-pk miles pk-pk

1 Micrón = 1 μm = 1000 o de un mm = 0.04 miles 1 Mil = 1000o de pulgada = 25.4 micrones Note que la onda se mide pico a pico (Pk-Pk). En otras palabras, mide la distancia total que el eje recorre. A bajas velocidades, el desplazamiento puede ser alto. A altas velocidades, el desplazamiento puede ser muy pequeño. El eje, físicamente, no puede desplazarse muy lejos a esa velocidad. Este hecho hace el desplazamiento más sensible a las frecuencias más bajas y es mejor para máquinas de baja velocidad, a menos de 600 RPM. Generalmente, el desplazamiento es la amplitud ideal en máquinas que tienen instaladas sondas de desplazamiento. También se usa con frecuencia en máquinas de balanceo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 3 4

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-50

El desplazamiento es proporcional a la tensión. El esfuerzo es la deformación producida en un cuerpo cuando se somete a un conjunto de fuerzas deformantes. La fatiga producida en un cuerpo es directamente proporcional a la tensión. La cuadrícula de la Figura 3-51 muestra la localización del eje en relación con el sensor de arriba. Esta es la onda de desplazamiento.

Figura 3-51 El desplazamiento máximo en la dirección positiva es cuando el eje está en el punto más lejano del sensor... El mayor desplazamiento

La amplitud más alta se da cuando el eje está a la mayor distancia del sensor. Por lo tanto, está en el mayor desplazamiento. En este caso, ya que el sensor está en la parte superior, el máximo desplazamiento positivo ocurre cuando el eje está en la posición más descendente.

Velocidad La velocidad es una unidad de vibración muy común. Técnicamente, es la proporción de cambio de desplazamiento.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 3 5

Figura 3-52 La velocidad es una buena unidad de medida para la mayoría de la maquinaria utilizada en plantas.

Las unidades típicas son: • •

Métrica: Imperial:

mm/seg. rms in/seg. pk (o PPS pk)

1 mm = 0.04 pulgada 1 pulgada = 25.4 mm En general, puede decirse que la velocidad es una buena medida de la vibración para la mayoría de aceleraciones mecánicas y frecuencias de interés. Es útil para maquinaria con velocidades de 1000 para 10,000 RPM. En muy el punto bajo acelera hay muy poca velocidad. Es bueno para máquinas que tengan rodamientos con partes rodantes y para máquinas con chamucera que no tienen instaladas sondas de proximidad. Las unidades de velocidad son las unidades de vibración más usadas: La velocidad es proporcional a la fatiga. El esfuerzo produce desplazamiento y los ciclos de tensión producen fatiga. Note que la velocidad es una medida relacionada con la severidad. Antes en esta sección se señaló que realmente hay tres ondas distintas, uno para cada una de las unidades de amplitud. Cada una ostenta la amplitud máxima en sus unidades como la parte superior de la onda. Para demostrarlo, usaremos de nuevo la onda de desplazamiento. La onda de la Figura 3-53 es la onda de desplazamiento de un abanico con una condición de desequilibrio. Recuerde que el desplazamiento es la distancia medida desde la parte inferior del punto más bajo hasta la parte superior de la curva o el pico. Note que la forma es la misma forma siempre que el camino del carro deportivo en el curso de eslalon (Figura 3-47). La distancia que el carro recorrió de ida y venida se midió de la misma forma.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 3 6

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

La velocidad máxima del carro se alcanzó en el punto medio de curso. Lo mismo es cierto para la vibración. Desde la parte inferior del punto más bajo, el eje de la máquina aumenta su velocidad hacia la parte superior o el pico de la onda. Alcanza la velocidad máxima en el punto medio y luego la disminuye en su recorrido hacia adelante conforme empieza a regresar la dirección opuesta.

Figura 3-53 La onda de desplazamiento. La velocidad máxima está en el punto medio.

El concepto importante que se debe notar es que el punto de la velocidad máxima en la dirección positiva no está directamente en línea verticalmente con el pico de la onda de desplazamiento, sino a la izquierda de ésta. Si se rediseñara el gráfico con este punto en la parte superior (normalizado a la velocidad), el nuevo pico estará desbalanceado desde el pico que representa el desplazamiento de la vibración. El nuevo pico de velocidad estará al izquierda del pico de desplazamiento. Refiérase a la Figura 3-54. Debido a que el eje x del gráfico es el tiempo y el momento más temprano está a la izquierda, la onda de velocidad es más temprano que la onda de desplazamiento. Se dice que la velocidad conduce al desplazamiento. La velocidad alcanza su máxima amplitud antes de que el desplazamiento alcance su amplitud máxima. La Figura 3-54 muestra que la posición del eje relativa al sensor a caballo entre la distancia mínima y máxima (desplazamiento) del sensor. Aunque el eje esté rotando, el sensor de vibración lo ve acercándose y alejándose. En este punto intermedio es que el eje se mueve más rápido en su recorrido desde el sensor. Se trata del punto de mayor velocidad.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 3 7

Figura 3-54 La velocidad máxima se da cuando el eje está a medio camino entre el desplazamiento mínimo y el máximo. La onda de velocidad muestra el punto en la parte superior de la onda. La onda de velocidad alcanza su máximo antes de que la onda de desplazamiento alcance su máximo.

Aceleración La aceleración es la proporción de cambio de velocidad. Se trata de un elemento que está creciendo en popularidad cuanto más se conoce sobre él y lo que puede revelar sobre las máquinas. Las unidades de aceleración más comunes son: • •

Métrica: Imperial:

g’s o mm/seg. 2 rms o m/s 2 rms g’s rms

Las unidades de aceleración se usan típicamente en máquinas de alta velocidad mayor a 10,000 RPM. También se usan en análisis de alta frecuencia como el efectuado sobre cajas de engranajes y rodamientos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 3 8

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-55 La aceleración es útil en máquinas de alta velocidad. Es proporcional a las fuerzas internas.

La aceleración es proporcional a las fuerzas ubicadas en el interior de la máquina. La onda de la aceleración es diferente de las formas ondas de velocidad y de desplazamiento. Se mide en una posición diferente y relativa al eje, en contraste con la velocidad y el desplazamiento. Para una explicación, recuerde de nuevo el carro deportivo en el curso de eslalon (Figura 3-47). Recuerde que la mayor fuerza ejercida en el carro se daba conforme rodeaba los postes. Conforme el carro le daba la vuelta a los postes en la parte superior del patrón, alcanzaba su mayor velocidad entre las filas de postes y luego empezaba a desacelerar, mientras que se acercaba a la fila de postes de la parte inferior. Su viaje se detenía abruptamente y aceleraba en la dirección opuesta (positiva), aumentando después la velocidad cuando se dirigía hacia el punto de mayor velocidad (velocidad máxima) y la mayor distancia (desplazamiento máximo). Imagine la fuerza que el conductor siente conforme el auto supera el poste. A medida que sale de la vuelta, su cuerpo es empujado fuertemente contra el asiento y su cara jalada desde atrás. Hay una gran fuerza en el carro cuando las llantas empiezan a rodar durante ese giro. Note que este punto del recorrido es el ápice de la curva (el pico negativo) previo a la máxima velocidad y la máxima distancia (desplazamiento). Está en la posición opuesta al pico de la máxima distancia y ocurre antes de la velocidad máxima y la distancia máxima. Por esto se dice que la aceleración conduce a la velocidad. Es la proporción del cambio de la velocidad.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 3 9

Maximum displacement Maximum velocity Maximum acceleration

Figura 3-56 La aceleración conduce a la velocidad y esta lleva al desplazamiento.

La vibración es similar. El eje se mueve hacia el sensor, acelerando hasta que llega al punto medio. Comienza a desacelerar hasta que “golpea” contra el sensor y tironeado en la dirección opuesta. El sensor mide la fuerza máxima cuando el eje choca contra el sensor. Vea la Figura 3-57.

Figura 3-57 La onda de la aceleración. La aceleración máxima se da cuando el eje está más cerca del sensor (choca contra el sensor).

Comparación entre unidades La Figura 3-58 muestra la onda normalizada para cada unidad de vibración. Esto produce 3 ondas distinguibles. A partir de esto, es claro que cuando la aceleración está en su punto máximo, la velocidad está en el punto medio entre mínimo y máximo, mientras que el desplazamiento está en el mínimo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 4 0

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Acceleration Velocity Displacement

Figura 3-58 Las 3 unidades normalizadas a su propia onda.

Las tres unidades de amplitud tienen fuerzas y debilidades específicas las cuales las hacen más adecuadas para una aplicación que para otra, especialmente en lo que se refiere a datos de espectro. Esta información se compendia aquí. Los espectros de la Figura 3-59 son los mismos datos, con la salvedad de que se muestran en tres diferentes unidades de amplitud. El desplazamiento es muy sensible a la vibración de baja frecuencia. Note en el espectro de arriba, en la Figura 3-59 cómo no parece haber ninguna energía en medias ni en altas frecuencias. No hay mucho desplazamiento en esas áreas. A esas velocidades (frecuencias) el eje no puede moverse mucho físicamente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 4 1

Figura 3-59 Los mismos datos desplegados según el desplazamiento, la velocidad y la aceleración.

La velocidad es sensible a todo el espectro. No obstante, no es ideal para frecuencias bajas, como tampoco lo es para frecuencias muy altas. Es útil para la enorme mayoría de maquinaria rotativa. Recuerde que la velocidad es un indicador de la severidad. La aceleración es más sensible a la vibración de alta frecuencia porque la mayoría de la fuerza se encuentra en altas frecuencias. Note cómo las frecuencias altas y medias tienden a tener mucha energía.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 4 2

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Recuerde lo dicho en secciones previas: la aceleración es una medida de las fuerzas de la máquina. Una gran fuerza está desarrollándose en el interior, aunque no haya mucha velocidad y haya muy poco desplazamiento en esas regiones. En el caso de la mayoría de equipo rotativo, es una buena práctica recolectar la onda en la aceleración y el espectro en la velocidad. Esto permite disfrutar de lo mejor de ambos mundos. La Figura 3-60 muestra gráficamente la relación entre las tres unidades de amplitud.

Figura 3-60 La relación entre aceleración, velocidad y desplazamiento

¿Cuáles unidades se deben usar? Hay dos asuntos importantes relacionados con las unidades de vibración. Uno es el tipo de sensor utilizado y el otro es la aplicación. Esto debe hacerse considerando la velocidad de la máquina, el tipo de rodamiento y los modos de falla de la máquina. En el Capítulo 4 se explican los diferentes sensores y sus aplicaciones. Compendiados, son las sondas de proximidad que miden el desplazamiento, los sensores de velocímetro que miden la velocidad y los acelerómetros que miden la aceleración. Hay que tomar en cuenta que es posible convertir entre la aceleración, la velocidad y el desplazamiento. La mayoría de analistas usan acelerómetros para medir la vibración pero usan unidades de velocidad. El colector de datos convierte la aceleración a velocidad usando un integrador. La mayoría de software convierte duna unidad a otra fácilmente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 4 3

Figura 3-61 El software de conversión en iLearnVibration

Para realizar la conversión de unidades es necesario saber la frecuencia. Estas conversiones se realizan de forma automática en programas informáticos y en recolectores de datos. La Figura 3-61 está tomada del programa iLearn, el cual convierte una frecuencia y una amplitud específicas en todas sus unidades. También muestra la relación en una Tabla de severidad para servir de guía al enfrentarse a la condición de la máquina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 4 4

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Por supuesto, también están las fórmulas matemáticas. Las conversiones que se ofrecen aquí son los estándares ISO 14694:2003(E). Estos son los genéricos; las páginas siguientes muestran fórmulas adicionales. Estos cálculos se basan en lo siguiente: • • • • •

La frecuencia está en Hertz D está en milímetros V está en mm/s A está en m/s2 G = 9.8m/s2

𝑉𝑟𝑚𝑠 =

𝐴𝑟𝑚𝑠 = 𝐷𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘

𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝜋𝑓𝐷𝑝𝑒𝑎𝑘−𝑡𝑜−𝑝𝑒𝑎𝑘

√2

𝐴𝑝𝑒𝑎𝑘 √2

𝐷𝑝𝑒𝑎𝑘−𝑡𝑜−𝑝𝑒𝑎𝑘 2𝑥 √2

𝐷𝑝𝑒𝑎𝑘−𝑡𝑜−𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝐷𝑝𝑒𝑎𝑘−𝑡𝑜−𝑝𝑒𝑎𝑘 =

𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘 𝜋𝑓

1000𝑔𝐴𝑝𝑒𝑎𝑘

𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘 =

𝐴𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝐴𝑝𝑒𝑎𝑘 =

1000𝑔𝐴𝑝𝑒𝑎𝑘 2𝜋𝑓

2𝜋𝑓𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘 1000𝑔

2(𝜋𝑓)2 𝐷𝑝𝑒𝑎𝑘−𝑡𝑜−𝑝𝑒𝑎𝑘 1000𝑔

2(𝜋𝑓)2

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 4 5

Conversiones: Imperiales • • • • • • • • • •

La frecuencia está en CPM D en milspk-pk V en pulgadas/pk A en grms 1 pulgada = 25.4 mm 1 mil = 25.4 micrones 1 p./s. = 25.4 mm/s 1 p./s. pk = 17.96 mm/seg. rms 1 g = 9.8 m/s2 1 Hz = 60 CPM

𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 = 𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 = 𝑉𝑝𝑘 =

19098 𝑉𝑝𝑘 𝑓𝑐𝑝𝑚

9.958𝑥107 𝐴𝑟𝑚𝑠 2 𝑓𝑐𝑝𝑚

𝑓𝑐𝑝𝑚 𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘

𝑉𝑝𝑘 =

5217 𝐴𝑟𝑚𝑠

𝐴𝑟𝑚𝑠 = 𝐴𝑟𝑚𝑠 =

19098

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

𝑓𝑐𝑝𝑚

𝑓𝑐𝑝𝑚 𝑉𝑝𝑘 5217

2 𝐷 𝑓𝑐𝑝𝑚 𝑝𝑘

9.958𝑥107

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 4 6

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Conversiones: Métricas • • • • • • • • •

la frecuencia está en CPM D en micrones pk-pk V en mm/srms A en g rms 1 mm = 0.001 m = 0.04 pulgadas 1 micrón = 1 μm = 0.04 miles 1 mm/s = 0.04 p./s. 1 g = 9.8 m/s2 1 Hz = 60 CPM

𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 = 𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 =

27009 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑓𝑐𝑝𝑚

2.53𝑥109 𝐴𝑟𝑚𝑠 2 𝑓𝑐𝑝𝑚

𝑓𝑐𝑝𝑚 𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 27009

𝑉𝑟𝑚𝑠 =

𝐴𝑟𝑚𝑠 = 𝐴𝑟𝑚𝑠 =

93712 𝐴𝑟𝑚𝑠 𝑓𝑐𝑝𝑚

𝑓𝑐𝑝𝑚 𝑉𝑟𝑚𝑠 93712

2 𝐷 𝑓𝑐𝑝𝑚 𝑝𝑘−𝑝𝑘

2.53𝑥109

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 4 7

Conversiones: Métricas • • • • • • • • •

La frecuencia está en Hz D en micrón pk-pk V en mm/srms A en grms 1 mm = 0.001 m = 0.04 pulgadas 1 micrón = 1 μm = 0.04 miles 1 mm/s = 0.04 p./s. 1 g = 9.8 m/s2 1 Hz = 60 CPM

𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 = 𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 =

450𝑥𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑓𝐻𝑧

702778 𝐴𝑟𝑚𝑠 2 𝑓𝐻𝑧

𝑓𝑐𝑝𝑚 𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘

𝑉𝑟𝑚𝑠 =

𝐴𝑟𝑚𝑠 = 𝐴𝑟𝑚𝑠 =

450

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

1562 𝐴𝑟𝑚𝑠 𝑓𝐻𝑧

𝑓𝑐𝑝𝑚 𝑉𝑟𝑚𝑠 1562

2 𝑓𝐻𝑧 𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘

702778

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 4 8

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Ejemplos: Imperiales • • • • • •

La frecuencia = 1800 CPM Aceleración = 1 g rms Velocidad = 5217 x 1 / 1800 = 2.9 p./s. pk Desplazamiento = 9.958x107 x 1 / 18002) = 30.7 miles pk-pk Velocidad = 2.9 x 25.4 x 0.707 = 52.1 mm/srms Desplazamiento = 30.7 x 25.4 = 780 micrón pk-pk

𝑉𝑝𝑘 =

5217 𝐴𝑟𝑚𝑠

𝑉𝑟𝑚𝑠 =

𝑓𝑐𝑝𝑚

𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘

𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 =

9.958𝑥107 𝐴𝑟𝑚𝑠 2 𝑓𝑐𝑝𝑚

√2

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 4 9

Ejemplos: Métricos • • • • • •

Frecuencia = 1500 CPM = 25 Hz Aceleración = 1 g rms Velocidad = 1562 x 1 / 25 = 62.5 mm/s rms Desplazamiento = 702,778 x 1 / 252) = 1124.5 micrones pk-pk Velocidad = 62.5 x 0.04 x 1.414 = 3.5 p./s. pk Desplazamiento = 1124.5 x 0.04 = 44 miles pk-pk

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 =

1562 𝐴𝑟𝑚𝑠

𝐷𝑝𝑘−𝑝𝑘 =

𝑓𝐻𝑧

𝑉𝑝𝑒𝑎𝑘

702778 𝐴𝑟𝑚𝑠 2 𝑓𝐻𝑧

√2

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 5 0

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Mediciones globales y tendencias Simplemente no parece haber suficiente tiempo para rastrear todos los datos en busca de problemas. ¿No sería grandioso si todos los datos pudieran ser reducidos a un número y comparados a niveles aceptables? Pues bien, hay una forma de hacer eso exactamente Consiste en usar mediciones globales para comparar los datos con un número aceptable o un límite de alarma. O bien, los números podrían ser modificados de acuerdo con una tendencia dada. Cuando hay un cambio, señaliza los datos.

Figura 3-62

El medidor de vibración puede dar un solo valor de velocidad (mm/s o p./s), o puede brindar lecturas de aceleración, de velocidad y de desplazamiento. Estas lecturas ofrecen una lectura "de nivel global" usando el valor rms. Con el paso del tiempo, si se presenta una falla, se espera que el nivel tienda a subir. Recuerde del capítulo anterior que, en las formas ondas sinusoidales puras, el valor de rms es de 0.707 veces el valor del pico.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 5 1

Figura 3-63

La raíz promediada al cuadrado (RMS, por sus siglas en inglés) se puede derivar de dos maneras, ya sea si se computa de forma digital, o bien, de su señal analógica. La RMS verdadera de una señal analógica:

Figura 3-64 La RMS verdadera calculada de una señal analógica. Tiene tanto los valores positivos como los negativos.

Recuerde que la RMS se calcula a la inversa de lo que indica su nombre. Primero los valores son elevados al cuadrado para que sean positivos. Luego, se calcula un valor promedio a partir de los valores ubicados bajo la curva. Finalmente, se saca la raíz cuadrada del valor promediado. La Figura 3-65 muestra el proceso para una señal analógica. El proceso no es exactamente igual para una señal digital. Esta señal debe contar con un gran número de muestras durante un período de tiempo. Cada muestra “n” es elevada al cuadrado. La suma de los cuadrados se divide entre el número de muestras. La raíz cuadrada del cociente es el valor de la RMS verdadera.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 5 2

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-65 La RMS verdadera computada a partir de una señal digital

Severidad de vibración y el estándar ISO 10816 El ISO 10816 define la severidad de la vibración como el nivel de RMS de la vibración de la severidad en un campo de frecuencia que va de 3 Hz a 1000 Hz.

Figura 3-66

En vez de medir la amplitud de una transciente en una sola alta frecuencia, la lectura de la severidad de la vibración representa el promedio de todos los componentes de la vibración dentro de un rango de frecuencia ancho y comparativamente bajo. La severidad de la vibración está relacionada directamente con el nivel de energía de la vibración de la máquina y, por lo tanto, es un buen indicador de las fuerzas destructivas que operan en la máquina. Las alarmas ISO se explican en otro capítulo. Las medidas globales y las tendencias pueden rendir buenos resultados y ser una valiosa herramienta para ahorrar tiempo. Los análisis y las secciones de límites de alarma ofrecen otras opciones relacionadas con la alerta de problemas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 5 3

Introducción de la fase La medición de la fase es una excelente herramienta de análisis de vibración. Hay varias aplicaciones y varias formas de hacerlo. Aquí solo se explicará el concepto, pero en el capítulo de análisis se profundizará. La fase, en su forma más simple, es solo la relación del movimiento de dos o más objetos. Los objetos podrían verse como un grupo de personas abrazadas que se están moviendo hacia un lado y hacia el otro. Generalmente, al menos una persona se mueve en la dirección equivocada, o bien, no se mueve en armonía con el resto del grupo. Decimos que esa persona no está “en fase” con las otras. En el equipo de una planta, los objetos podrían ser dos máquinas, los componentes de la misma máquina o hasta el movimiento de una máquina relacionado a la estructura. Una de las mejores formas de verlo es comparando dos máquinas. La Figura 3-67 muestra dos abanicos que están girando en conjunto. Se dice que están en fase entre sí. Note cómo las formas ondas sinusoidales llegan a sus picos al mismo tiempo. Están a tiempo. Están sincronizados. Están en fase.

Figura 3-67 Dos máquinas en fase.

En este caso parecen tener la misma amplitud, pero esa no es una condición de la fase, sino del cronometraje. Note que la posición de las aspas con las monedas coincide en ambos abanicos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 5 4

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-68 Los abanicos están desfasados

La Figura 3-68 muestra la onda de dos abanicos opuestos. El pico del abanico de arriba ocurre cuando el abanico de abajo está en la parte inferior de su recorrido. Esos abanicos están “desfasados” o fuera de “tiempo”. Hay una forma de medir cuan desfasados están los dos abanicos. Usando la onda de arriba como referencia, se puede dividir un ciclo en 360 intervalos iguales. Cada intervalo es, en realidad, un grado de rotación y una rotación consta de 360 grados. El pico del abanico inferior alcanza su pico 180 intervalos después de que la onda del abanico de arriba llega a su pico. Es 180 grados diferente de la onda de arriba. Se dice, por lo tanto, que el abanico de abajo está desfasado 180 grados del de arriba. Los dos abanicos se mantendrán sincronizados si la velocidad aumenta de manera idéntica para los dos. La fase se mide en grados. Los abanicos de la Figura 3-69 están desfasados 90 grados.

Figura 3-69 Los abanicos están desfasados 90 grados.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

T R E S

-

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

P

3 - 5 5

Fase y unidades de vibración Anteriormente, en este mismo capítulo, se explicaron las unidades de vibración relativas al desplazamiento, la velocidad y la aceleración. Se mostró que en realidad hay tres ondas diferentes; una para cada tipo de unidad. Las tres ondas están desfasadas en tres sí 90 grados.

Acceleration Velocity Displacement

Figura 3-70 La aceleración está desfasada 90 grados de la velocidad y 180 grados del desplazamiento.

La Figura 3-70 muestra tres ondas. Note que la onda de aceleración alcanza su máximo de 90 grados antes de que la onda de la velocidad llegue a su máximo. La aceleración alcanza el pico de 180 grados antes de que el desplazamiento llegue a su pico. Se dice que la velocidad conduce al desplazamiento y que la aceleración lleva a la velocidad. La fase es una buena herramienta de diagnóstico, útil para determinar condiciones tales como el desalineamiento o el desbalance; por ejemplo la soltura, el eje doblado y la resonancia. Se usa cuando se balancean máquinas. Incluso se usa para determinar problemas de flexibilidad en la fundación.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

3 - 5 6

C A P I T U L O

T R E S

–

P R I N C I P I O S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 3-71 Las medidas de fase se pueden usar para determinar el tipo de desalineamiento.

La mayoría de nuestro trabajo en el análisis de vibración solo involucra conocer la fase a determinada velocidad de giro y, típicamente, si algo está en fase (es decir, que los eventos suceden al mismo tiempo), o bien, desfasado 180 grados (cuando los eventos suceden en el extremo opuesto del ciclo).

Fase absoluta y fase relativa Hay dos tipos de lecturas de fase: fase absoluta y relativa. Las explicaciones que se han realizado hasta el momento se han referido a la fase relativa, es decir, la medida de la fase de una posición o un punto en relación con otra posición y otro punto. La fase absoluta es la medida del ángulo de fase en relación con un punto fijo del eje; generalmente, se trata de un punto marcado con cinta reflectora y señalada con un tacómetro de foto. Este tacómetro foto genera una onda cuadrada. El pulso del tacómetro de la foto se compara al pico de la vibración del sensor a la misma frecuencia de la velocidad del eje. El ángulo entre los dos pulsos es el ángulo de fase absoluta o la medida de la fase. Suma y resta de ondas. Las formas ondas de la misma frecuencia se suman y se restan entre sí dependiendo de su ángulo de fase relativo. Si dos señales de la misma frecuencia están en fase, sus amplitudes se sumarán y generará una onda sinusoidal igual a la suma de las dos. Por ejemplo, en la Figura 3-67, las dos ondas sinusoidales se sumarán. Si ambas tienen amplitudes de 2 p./s., la onda resultante tendrá una amplitud de 4 p./s. Si dos ondas sinusoidales están desfasadas, como en la Figura 3-68, las señales se restarán. Si tienen el mismo valor, se cancelarán resultando en una amplitud de cero. Los audífonos anuladores de ruido utilizan la fase. Estos tienen un micrófono acoplado en la parte exterior del audífono. El micrófono recoge la señal y un procesador genera la misma frecuencia pero desfasada 180 grados y la introduce en el audífono. El resultado es que el oyente solo escucha un pequeño porcentaje del sonido original. El sonido es anulado.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 4

Adquisición de datos Objetivos: • • • • •

Enlistar tres factores que afectan la repetitividad Seleccionar el sensor óptimo para la medición Seleccionar la mejor localización de medición Seleccionar el mejor método de montaje Enlistar tres denominaciones convencionales para los puntos de medición

Describir la manera de reconocer datos deficientes Medir las vibraciones es el aspecto más importante del programa de análisis de vibración. Sin buenos datos no se pueden lograr buenos resultados. El analista y el software automatizado confían en buenos datos para hacer diagnósticos exactos. Los clichés abundan, pero la gente da una buena explicación “basura entra, basura sale”.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 2

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-1 Las medidas de vibración pueden decirnos mucho sobre la máquina; indican si existe una condición de falla y si la máquina requiere una reparación. Con medidas buenas y análisis apropiados, la naturaleza exacta de la falla, así como la severidad de la condición de falla se pueden determinar.

Generalidades del proceso • • • • • •

Una “ruta” de puntos específicos se descarga dentro del colector de datos/analizador. La ruta se recorre, recolectando medidas y grabando observaciones. La ruta con los datos se sube al computador. La computadora revisa los datos buscando errores e inconsistencias. Los datos se escanean y se comparan con los limites de alarma predeterminada. Un reporte de excepción de las maquinas se genera y los puntos que han provocado una alarma. El análisis se realiza en los puntos de alarma.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 3

Figura 4-2 Las rutas y los datos de suben a una computadora para su análisis.

Es imperativo recolectar los mejores datos posibles. La información no será considerada óptima cuando: • • •

La máquina no está funcionando en la velocidad correcta. Un sensor incorrecto se está usando. El sensor ha sido montado incorrectamente.

Todo esto puede conducir a que una falla de la máquina se pierda. Un aspecto muy valioso de la recolección de datos son las observaciones de la máquina que se registran durante la colección de datos. La mayoría de los colectores de datos cuentan con opciones de notas que almacenan los comentarios o notas sobre la máquina. Esta característica debería se usada a menudo. Estas notas pueden conducir a tomar acciones de mantenimiento y son extremadamente útiles para el análisis. El software automatizado y el analista asumen que los datos fueron recolectados correctamente, por ejemplo. • • • •

Desde la correcta localización de la máquina. Que la máquina esté operando bajo condiciones estándar Con el sensor montado correctamente. Sin sensor o con problemas eléctricos.

La mayoría de las máquinas se deben medir cada 30 días. Un aspecto clave es que el analista y el software busquen si hay un cambio en el patrón de vibración. Hay dos partes que se deben tomar en cuanta para una recolección de buenos datos: 1. 2.

Asegurarse que el transductor correcto esta montado y está siendo usado correctamente. Asegurarse que las medidas se hacen de la misma manera cada vez.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 4

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

La repetitividad es esencial. ¿Qué involucra la toma de buenas mediciones? ¿Cómo se recolectan las mejores medidas posibles? Primero, una revisión rápida de las unidades de vibración. El tipo de sensor depende de las mediciones requeridas de acuerdo a la velocidad de la máquina y al tipo de rodamiento.

Figura 4-3 Los mismos datos desplegados en las tres unidades de vibración.

En el capítulo tres el valor de las unidades de vibración se ilustró usando el espectro. Figura 4-3. El tipo de sensor tiene claramente un impacto en la señal registrada. El tipo de sensor elegido dependerá de la máquina y de los datos que se necesitan.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 5

Figura 4-4 Un detector de proximidad, un velocímetro y un acelerómetro.

El primer paso es la selección del tipo correcto de transductor. Seleccione entre desplazamiento, velocidad o aceleración. Cosas como la velocidad de la máquina y el tipo de rodamiento juegan un papel importante. Segundo paso, seleccione la marca/modelo que se acomode al ambiente de medición. Considere la temperatura de operación, las restricciones de espacio, la presencia de agua u otros líquidos y en general, cualquier otro factor. En tercer lugar considere las técnicas de montado. El tipo de máquina, la naturaleza de la superficie de la máquina y otros factores de ambiente; el rango de frecuencia requerido y la accesibilidad son importantes también. Estudie la máquina y asegúrese de identificar la mejor localización para el transductor. Al final de este proceso, será evidente que tipo de transductor debe ser utilizado, así como dónde y cómo debe ser montado.

Figura 4-5

La mayoría de las plantas requerirán solo uno o dos transductores, y el método de montaje usado será bastante uniforme. Sin embargo, si hay máquinas de baja o alta velocidad, máquinas operando en ambientes peligrosos, turbinas u otras máquinas con chumaceras, entonces una

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 6

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

selección de transductores y un etilo de montajes más profundos son necesarios. Una medida no se ajusta a todo.

Transductores de desplazamiento Los conductores de desplazamiento miden la distancia entre el eje y la punta del sensor. Así que en lugar de ser puesto en lo externo de la máquina, son montados en un cojinete o en la chumacera. Por los tanto es una montura permanente.

Figura 4-6

Los transductores de desplazamiento se usan típicamente en el monitoreo permanente (protección) de las máquinas de rodamiento plano, tales como turbinas, bombas grandes, abanicos grandes. Sin embargo es posible conectar un colector de datos portátil a la salida dinámica para obtener espectros “normales” y análisis de tendencias. Los transductores de desplazamiento se llaman Sondas de corriente Eddy. También se les conoce como sondas de no contacto y comercialmente como sondas de proximidad; todas trabajan bajo el mismo principio. Existen tres componentes: una unidad, una sonda y un cable entre ellas. El voltaje es administrado a la unidad que produce una señal RF. Esa señal se transmite a través del cable a la sonda. Una bobina dentro de la punta de la sonda actúa como antena e irradia la energía de alta frecuencia a la apertura - este origina un campo magnético. Cualquier material conductivo dentro del campo magnético absorbe la energía- las corrientes eddy se establecen en el material (el eje), de ahí el nombre.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 7

Figura 4-7 Las sondas de corriente eddy constan de tres componentes: la sonda, la unidad y el cable que las une.

La absorción del campo causa que la salida de la sonda disminuya en proporción a la distancia de apertura. Cuando la distancia al eje cambia dramáticamente, también lo hace la señal de salida. La unidad actúa entonces como “desmodulador” y como “detector” porque tiene dos salidas. La salida dinámica produce el tiempo de la onda, de la cual uno deriva el espectro y el nivel global. Existe además un voltaje DC proporcional a la distancia de apertura. La señal de apertura DC se usa en los sistemas de monitoreo para determinar donde se localiza el eje con respecto al rodamiento. Una lectura de apertura se toma cuando el eje está en reposo, y cuando la máquina se enciende (una turbina es un ejemplo típico), el voltaje de apertura se monitorea. De esta información podemos detectar fricción en los ejes y producir un “diagrama centrilíneo”.

Figura 4-8

En la mayoría de las turbinas, se instalan en la máquina dos sondas de corriente eddy con distancia de 90 grados. Esto ayuda al analista ver exactamente como se está moviendo el eje dentro del rodamiento. Los diagramas de orbita se usan comúnmente para desplegar este movimiento. El ojo entrenado puede detectar desbalanceo, desalineamiento y un montón de otras condiciones de falla.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 8

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-9 Diagrama de orbita.

Las grietas en el eje se pueden detectar de esta manera, en cuando la dinámica del eje cambia. Existen paquetes de software avanzado que observan el movimiento dinámico del eje completo examinando las señales de las sondas de corriente eddy, además acelerómetros de carcasa si son disponibles. Los diagramas de orbita se cubren en el entrenamiento de vibración Categoría III. Ventajas de la sonda de desplazamiento • • •

Respuesta de baja frecuencia (a 0HZ) Mide el desplazamiento relativo real del eje dentro del rodamiento. Son confiables (cuando se instalan correctamente)

Desventajas: • • •

•

La instalación es costosa y difícil. No se pueden usar para medidas de alta frecuencia. Su calibración (determinar el porcentaje entre el voltaje de salida y el desplazamiento real)depende del material del eje (diferentes materiales absorben la energía a diferentes porcentajes) El eje se suelta y las ráfagas de la superficie producen una señal falsa.

Aplicaciones: • • •

Generalmente se usa para máquinas de baja velocidad; por debajo de los 600CPM (10 Hz) Son útiles como señal proporcional de referencia a velocidad activa para un análisis y balanceo dinámico Se usa para un balanceo dinámico debido al filtrado de 1X RPM.

Unidades: • •

Las unidades son miles pk-pk o micrones pk-pk. (1 mil = .001")

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 9

Transductores de velocidad Mientras nosotros analizamos los datos de vibración en unidades de velocidad, no usa típicamente transductores de velocidad per se. Los transductores de velocidad se usan todavía en la industria en algún grado. Actualmente existen acelerómetros con integradores incorporados para producir una velocidad de salida. A continuación enlistamos los pros y los contras.

Figura 4-10

El “sensor de velocidad electrodinámico” es un magneto suspendido y montado entre un resorte y un amortiguador. Una bobina bordea el magneto. Cada que el transductor vibra, el magneto permanece fijo debido a la inercia. Por lo tanto usted tiene movimientos del imán dentro de la bobina, lo cual genera electricidad proporcional a la velocidad de la masa. La construcción puede involucrar una bobina atado a la masa, rodeado de un imán estático. El resultado es el mismo; la electricidad se genera cuando hay un movimiento relativo entre el imán y la bobina. Ventajas: • • • •

No requiere energía externa – este genera electricidad. La señal de salida es poderosa. Es fácil de usar – no hay problemas de montaje. Se puede operar a temperaturas altas.

Desventajas: • • • • •

No es adecuado para medidas de alta o baja frecuencia. Son sensibles a cambios de temperatura. Dado a que partes móviles se involucran, el desgaste interno puede acortar su vida. Los transductores de velocidad son un tanto grandes. No es tan exacto debido a una señal comparativamente baja en un porcentaje de ruido.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 1 0

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Aplicaciones: •

Los transductores de velocidad fueron muy populares, pero ahora ya no lo son. Los acelerómetros que se encuentran integrados internamente son más comunes que los “sensores de velocidad.”

Unidades: •

Unidades típicas son in./s., mm/seg. rms o VdB.

Acelerómetros Los acelerómetros son por mucho el tipo más común de transductores usados en la maquinaria para el análisis de vibración. Todos los colectores de datos portátiles tienen un acelerómetro, aunque mucha gente realmente “integre” la señal a la velocidad y vea los datos en unidades de velocidad. Los sistemas de monitoreo permanente también usan acelerómetros, excepto cuando las sondas de corriente eddy son específicamente demandadas.

Figura 4-11 Los acelerómetros se encuentran en varas formas y tamaños.

Existen un número de diferentes tipos de acelerómetros. El más común es el piezoeléctrico amplificado internamente. Hace muchos años, la mayoría de los acelerómetros fueron piezoeléctricos de modo de carga los cuales requerían un amplificador de carga externo. Los acelerómetros piezoeléctricos se montan externamente, típicamente en el alojamiento del rodamiento. El método que se usa para montar el transductor es muy importante. Los acelerómetros vienen en una variedad de formas y tamaños que satisfacen diferentes aplicaciones de instalación.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 1 1

Figura 4-12 Los acelerómetros se montan en el alojamiento del rodamiento por medio de in imán comúnmente.

¿Cómo funcionan? ¿Usted recuerda los viejos tocadiscos? La “aguja” era un cristal. Cuando el disco giraba bajo la aguja, el cristal se comprimía y se descomprimía “rebotando” sobre el patrón de vibración impreso en la pista. Esta compresión originaba una carga, la cual era amplificada y ejecutada por su artista favorito, Deep Purple o Frank Sinatra… ¡Todo depende de sus gustos!

Figura 4-13 Cristal y masa en un acelerómetro

Los acelerómetros piezoeléctricos modernos funcionan de una manera similar. El material piezoeléctrico (cristal) se coloca debajo de la carga usando una masa. Cuando el transductor vibra el cristal se comprime generando una carga. La carga de salida es proporcional a la fuerza, y por lo tanto la aceleración (segunda ley de Newton: la fuerza es proporcional a la aceleración de la masa). Se requiere un amplificador para convertir la carga de salida en un voltaje de salida. Hace varios años los amplificadores externos de carga eran comunes, ahora los acelerómetros modernos tienen integrado el amplificador dentro del transductor, y es accionado por el colector de datos. A este tipo de acelerómetros se les conoce como “acelerómetros piezoeléctricos amplificados internamente” (o circuito piezoeléctrico integrado-ICP). Este amplificador es accionado por una polarización DC de la señal por si misma dirigida, por lo tanto no se necesitan claves extra. El colector de datos necesita tener esta energía DC disponible para este tipo de transductor.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 1 2

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Nota: Hay una configuración llamada "Energía ICP” o algo similar al especificar la instalación. Recuerde que solo los acelerómetros requieren esta energía (las sondas de corriente eddy también necesitan energía, sin embargo esta es administrada por un dispositivo externo). La mayoría de los colectores de datos monitorean este voltaje de “polarización” DC para determinar si el transductor tiene una falla, o si hay un problema en el cable. La existencia del amplificador resulta en respuestas de baja frecuencia limitadas (lo que significa que normalmente no pueden usarse en frecuencias muy bajas). El "indicador de baja frecuencia" del amplificador es en 1 Hz para la mayoría de unidades ICP disponibles. Existen algunas que son especialmente diseñados para ir a 0.1 Hz si datos de frecuencia muy bajos se requieren.

Tiempo de estabilización del acelerómetro Cuando un acelerómetro ICP se conecta a una fuente de energía, le toma unos cuantos segundos al amplificador estabilizarse, y durante este tiempo, cualquier dato que la unidad este recolectando se contaminará por una lenta variación de rampa de voltaje. Por esta razón debe haber un retraso de tiempo creado en el colector de datos para asegurar la estabilidad de la unidad.

Figura 4-14 El efecto de energizar el transductor con la característica de caída ski en el espectro.

Si el retraso es demasiado corto, la onda de tiempo tendrá una rampa de voltaje exponencial superpuesta a los datos, y el espectro mostrará un rasgo ascendente en la frecuencia muy baja llamada “caída ski”. Esto se puede evitar porque el alcance dinámico de la medición está comprimido. Muchos colectores de datos tienen un estabilizador llamado “estabilizador de tiempo”. Este es el fenómeno al cual hacen referencia. Sin embargo, cuando el transductor se coloca en una máquina muy caliente (después de haber examinado una máquina refrigerante), el transductor

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 1 3

irá una transciente térmica y tomará más tiempo estabilizarlo. En este caso se debe seleccionar una mayor estabilización de tiempo.

Transductores piezoeléctricos Puesto que los transductores de velocidad estándar no son adecuados para aplicaciones industriales, las compañías que los fabrican hacen acelerómetros con una salida proporcional a la velocidad. A estos acelerómetros se les conoce como transductores “piezoeléctricos”. El sensor contiene ambos, el amplificador y el circuito integrador y se pueden usar por debajo de 1.5 Hz (90 CPM)

Acelerómetros triaxiales Una variación interesante del paquete estándar de acelerómetros es el acelerómetro “triaxial”. En este caso se montan tres acelerómetros ortogonales a cada uno. Al montarlos en la máquina, el paquete es capaz de medir la vibración vertical, horizontal y axial desde una sola posición. Los colectores de datos portátiles de algunos manufacturadotes son capaces de muestrear desde todos los acelerómetros simultáneamente, lo cual da como resultado un examen que toma el mismo tiempo del que se hace cuando se usan mediciones estándares de un solo eje; con la ventaja que obtiene más información.

Figura 4-15 Los acelerómetros triaxiales cuentan con tres acelerómetros en uno.

Otros tipos de acelerómetros incluyen de galga de esfuerzo, piezo resistivo, y de capacitancia variable. Incluso los modernos sensores amplificados internamente pueden usar diferentes materiales de cristal y distintas configuraciones de cristal y masa de compresión

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 1 4

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Sensitividad Hay un número de factores que se deben considerar al seleccionar un acelerómetro. El primero es la sensitividad. La sensitividad es una medida de voltaje de salida en respuesta a un nivel de vibración establecido. Los acelerómetros cotizan su sensibilidad en mV/g. Por ejemplo, si el sensor era de 100 mV/g, y el nivel de vibración era de 1g, este podría producir 100 mV (o 0.1 Voltios) de voltaje. Para una máquina de precisión, como una herramienta máquina, o una máquina de muy baja velocidad donde el nivel de vibración es bajo, se requiere un acelerómetro de mayor sensitividad, el cual necesita generar suficiente voltaje para que el colector de datos cuantifique. Una sensitividad típica en este caso sería 1V/g (1000mV/g). Por otro lado, para máquinas muy ruidosas, la sensitividad necesita ser mucho más baja, quizás unos 10 mV/g. La mayoría de los acelerómetros provistos con sistemas de monitoreo de condición, y que se usan en aplicaciones de monitoreo permanente usan acelerómetros de 100 mV/g. Estos sensores toman la tierra de en medio, dando suficiente alcance dinámico a la mayoría de condiciones de prueba. Debido al diseño de los sensores electrónicos, La respuesta de frecuencia del sensor no es la misma en acelerómetros altamente sensitivos porque es para unidades menos sensitivas. Esto es independiente a los efectos de los diferentes métodos de montaje. Una pregunta muy común surge: ¿Por qué no usar un acelerómetro de alta sensitividad de baja frecuencia para todas las mediciones? En primer lugar, debido a las especificaciones de baja frecuencia del filtro de paso alto interno, el transductor toma más tiempo reestablecerse después de un choque mecánico, térmico o eléctrico. En segundo lugar, estos acelerómetros tienen un filtro de paso bajo, lo cual limita su respuesta de frecuencia alta y los hace inoperantes para muchas aplicaciones de “propósitos generales”. Y por último, dado a su filtro de alta ganancia, son susceptibles de sobrecargas. Así que, a pesar de que estos sensores juegan una parte muy importante en el monitoreo de condición, solo se pueden usar cuando la aplicación demande específicamente sus capacidades únicas. Otra aplicación común de los acelerómetros se da en ambientes demasiado calientes, tales como en la sección de secado de una máquina de papel. Los acelerómetros estándar pueden sobrevivir a condiciones de altas temperaturas, sin embargo tienen un limite a causa de su amplificador interno. Por encima de los 150 grados centígrados (300 grados Fahrenheit) aproximadamente, se recomienda el uso de un acelerómetro de modo de carga.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 1 5

Los acelerómetros de modo de carga usan un “amplificador de carga” externo localizado lejos del sensor en un ambiente más acogedor. Un cable especial resistente al calor se usa para unirlos. Nota: como con todos lo acelerómetros de modo de carga, se debe tener cautela para asegurar el cable de conexión (mientras la medición está en progreso), puesto que cualquier movimiento causará ruido en el cable. En resumen, acelerómetros amplificados internamente de 100 mV/g son los sensores más comúnmente usados al monitorear la vibración de una máquina. Sin embargo, existen muchas situaciones en las que sensores adicionales diseñados específicamente para el nivel de vibración único, condiciones de operación o rango de frecuencia también se pueden usar.

Calibración El calor excesivo puede dañar un acelerómetro en la misma forma que si se le deja caer al suelo. Si se deja caer un acelerómetro desde una corta distancia del piso, el cristal interno se fracturará. Esto afecta la sensitividad y la respuesta de frecuencia. Teniendo en cuenta los ambientes en los que la mayoría de los acelerómetros se usan, es buena idea revisarlos y calibrarlos una vez al año. Ventajas: • • • • • •

Muy amplio rango de frecuencia. Amplio rango de amplitud. Amplio rango de temperatura. Típicamente muy fuertes, y existen diseños para una amplia gama de aplicaciones. Velocidad y desplazamiento disponibles como resultado (a través de integración interna). Permanecen estables y por lo tanto se mantienen calibrados por más tiempo (por la misma vibración devuelven la misma señal).

Desventajas: • •

No responden a menos de 0 Hz. Tienen limitaciones de temperatura debido a su amplificador interno.

Aplicaciones: •

Los acelerómetros cuentan con grandes aplicaciones en la industria. Desde colectores de dato portátiles hasta sistemas de monitoreo permanentes, incluyendo pruebas modales especiales. Los acelerómetros se pueden usar en una amplia variedad de ambientes y velocidades de máquina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 1 6

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Unidades: •

G rms o AdB

Puntos de medición Se puede conocer mucho de una máquina tomando mediciones en diferentes posiciones de la máquina. Los ejes diferentes producen rasgos de vibración que indican lo que está pasando dentro de la máquina y qué condiciones son un problema o lo causarán en el futuro. Por lo tanto es esencial recolectar medidas de vibración en tres ejes: vertical, horizontal y axial. Las mediciones de deberían hacer en diferentes puntos de la máquina. Las mejores partes se localizan en los rodamientos de cada componente.

Figura 4-16

Estos puntos, incluyendo la dirección especifica, deberían identificarse. Recuerde que el sensor mide en una sola dirección primeramente. Aproximadamente el 95 % de la vibración se mide directamente en posición con el sensor. Como mínimo, al menos una medición horizontal, una vertical y una axial se deberían recolectar.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 1 7

Figura 4-17 Se marcan los tres ejes de medida.

Observe en la Figura 4- 17 los tres ejes de medida en la posición del componente del rodamiento. Cada eje provee información valiosa que el analista usa en un análisis correcto de condición. Frecuentemente es imposible recolectar datos desde uno o más ejes en una posición de medida. En la Figura 4-18 el motor tiene una cubierta de abanico en el extremo libre o extremo fuera de borda del motor. Una medición axial no se puede hacer ahí porque no hay una ruta de transmisión sólida desde el rodamiento del motor al sensor.

Figura 4-18 Una medición axial no se puede realizar en motores de extremo libre o de extremo fuera de borda.

Seleccionar y marcar los sitios de medición es una Categoría II y no se cubre en este curso. En su lugar, nuestra intención es preparar a las personas para recolectar datos de puntos previamente marcados.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 1 8

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-19

Existen algunas pautas para la obtención de datos. • •

Ante todo, la seguridad es muy importante. Los puntos de medición deberían ser sitios de acceso seguro. En segundo lugar, debería haber una buena ruta mecánica hacia el rodamiento.

En la máquina existen muchas partes que vibran, estos sitios pueden traquetear o resonar sin que representen fuerzas en el rodamiento. Lo anterior no los hace buenos sitios para la obtención de datos seguros.

Figura 4-20 Elija la ruta de transmisión sólida más corta hacia el sensor.

Debe haber una buena ruta mecánica hacia el rodamiento – la vibración debería viajar a través de metales sólidos sin rupturas o conexiones. Elija la ruta más corta entre la fuente y el sensor. Observe la Figura 4-20. Marque o etiquete los sitios de medición claramente. Aunque los tamaños y formas de las máquinas varían, marcar la maquinaria en una manera consistente incrementa enormemente la repetitividad de la obtención de datos. No es buena idea tomar lecturas en o a través de aletas refrigerantes en si mismas porque la falta de rigidez no es una ruta sólida hacia la posición del rodamiento.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 1 9

Figura 4-21 Seleccione la ruta de transmisión más directa hacia la rotativa y marque los puntos de medición.

Algunas veces las mediciones no se pueden tomar desde la mejor posición. En este caso las aletas refrigerantes interrumpen llevando una buena lectura en ya sea en el lado de carga o en el lado libre en la pura dirección vertical u horizontal. Se deben recolectar en una posición paralela o de ángulo leve.

Figura 4-22 Las aletas y el carenaje limitan los sitios de medición.

El lado libre del motor tiene el carenaje del abanico que hace imposible una buena lectura Vertical u Horizontal. Las mediciones no se deberían hacer en las cubiertas de abanico porque tienen características de vibración que no reflejan las características del eje del motor ni de los rodamientos. No revelan lo que está pasando en el motor, sino como la cubierta esta respondiendo a cualquier vibración de motor. La Figura 4-23 muestra una medición hecha en un perno montado en el carenaje de un motor. Esta posición es definitivamente mejor que el propio carenaje. Sin embargo, la persona está usando un “aguijón” (con una punta de sonda de 2 pulgadas) añadida al sensor. No se deberían usar aguijones para la obtención de datos rutinarios porque no proveen datos repetitivos y dichos datos no son certeros a frecuencias suficientemente altas. Los efectos del montaje del sensor sobre los datos se discutirán más tarde en este capítulo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 2 0

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-23 Los aguijones no se deberían usar en la obtención de datos rutinarios.

Accesibilidad

Figura 4-24 las rotativas inaccesibles requieren el montaje de sensores permanentes.

A veces los únicos sitios adecuados son tan inaccesibles, (gracia a razones físicas, de seguridad o de ambiente) que un sensor debe instalarse permanentemente y cablearlo de regreso a una caja de conexiones. En este caso el rodamiento queda encerrado y cercado. Un cable se conecta desde el recolector de datos al adaptador etiquetado en la caja de conexiones para obtener la información.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 2 1

Figura 4-25 Los datos se obtienen en una caja de conexiones por medio de un sensor permanente.

Figura 4-26 Típica caja de conexiones y etiquetas.

En este ejemplo los sensores se montan de manera permanente dentro del alojamiento del abanico y los puntos de conexión se posicionan en una zona fácilmente accesible. Figura 4-27 muestra a una persona obteniendo datos en una caja de conexiones donde los sensores se encuentran montados de forma permanente en una caja de engranaje de abanico de torre refrigerante.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 2 2

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-27 Recolectar datos en un abanico de torre refrigerante

Nomenclatura Cada planta adopta una nomenclatura para identificar los sitios de medición. Algunas nomenclaturas son influidas por el suplidor de software. Por ejemplo, un vendedor puede limitar la abreviación de la descripción de los puntos de medición a tres caracteres, otros usan más de cinco caracteres. El vendedor cuenta con muestras de bases de datos y muy frecuentemente la planta se adapta a estas convenciones. Es importante conocer las convenciones adoptadas por la planta. Si la convención no es familiar, imaginarse lo que significa MNDEV podría ser un desafío. Es una práctica común nombrar los puntos de medición comenzando en el accionador (tales como motores o turbinas) y continuar a través del tren de transmisión de la unidad manejada. Aquí hay algunas nomenclaturas típicas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 2 3

Figura 4-28 La numeración común comienza en el Conductor a través del tren de transmisión de la anidad manejada.

2V – Es común el uso de números siguiendo el flujo de la energía. 2V es la posición del segundo rodamiento en el tren de transmisión en la dirección vertical. También se puede referir a la segunda posición de medición, dirección vertical. AV – A veces se usan letras en lugar de números. Por ejemplo, comenzando en el accionador, el sitio donde se encuentra el primer rodamiento se marca con una “A”, el segundo rodamiento con una “B” y así consecutivamente. La dirección hacia donde se encuentra el sitio del rodamiento se indica con un V si es en dirección vertical, una H si es horizontal y una A si es axial. MOV – El tercer método usa una combinación de un identificador para reconocer cada componente; por ejemplo, se usa una M para motor, Una B para bomba, una V para abanico, una C para compresor, una G para caja de engranajes y una T para turbina. Para reconocer si es dentro de borda se usa una “I” y si es fuera de borda una “O”. Por ejemplo, “MI” se refiere a la localización de un rodamiento fuera de borda en el motor La tercer letra en este método es la dirección de la medición, Vertical, Horizontal o Axial.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 2 4

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-29 La primer letra indica el componente de la máquina, la segunda si el rodamiento está dentro o fuera de borda del motor.

MNDEV – El cuarto método es similar al tercero, excepto en lo que se refiere al componente, aquí el componente se identifica como lado de carga o lado de no carga (lado libre). Por ejemplo MNDEV es Motor de lado de no carga en posición vertical. En cada sitio de medición el eje de medida se debe identificar. “V” si es Vertical, “H” si es Horizontal y “A” si es axial. Ocasionalmente los términos Radial y Tangencial se usan para identificar la dirección. Para un equipo horizontal, Radial es igual a Vertical y Tangencial es igual a Horizontal.

Figura 4-30 La primer letra el componente de la máquina, la segunda o tercera especificas el lado de carga o de no carga.

En máquinas verticales nombrar la dirección es de alguna manera diferente. Hay una medida axial (a pesar de que es en sentido vertical), así, el término vertical y horizontal no tienen sentido. Por lo tanto usamos Axial, Radial y Tangencial. De manera alternativa hay una nomenclatura la cual hace al eje vertical en el mismo eje de la tubería de descarga, y eje

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 2 5

horizontal de 90 grados alrededor de la máquina en dirección del reloj (mirando hacia debajo en la máquina) Es importante conocer el nombre de la nomenclatura de su planta para ser consistentes En resumen, es mejor recolectar una medición horizontal y vertical en cada sitio del rodamiento y una medición axial en cada componente de la máquina. Sea consistente, La repetitividad es esencial.

Rutas y bases de datos El software que provee el fabricante de colectores de datos, está diseñado para almacenar y organizar todos los datos y otra información de las maquinas que usted monitorea. La base de datos mantiene toda la información de cada máquina, sus sitios de medición, y los esquemas o mediciones que se deben hacer en cada punto. La base de datos registra toda la información de la máquina, incluso dónde las pruebas se van a hacer (el sitio físico y los ejes), cómo se van a hacer (los parámetros requeridos por el colector de datos) y mucho más.

Figura 4-31 El software del fabricante organiza las máquinas y los puntos de medición, almacena los datos para su análisis.

El software y la base de datos se usan para organizar las máquinas en “rutas” a veces llamados “viajes” o “inspecciones”. Estas rutas incluyen la descripción de la máquina, la localización de los puntos de medición y las descripciones de la medición. Después se descargan en el analizador o colector de datos para un agrupamiento de información.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 2 6

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

En la base de datos las máquinas normalmente se agrupan en “plantas” o “sitios” (si hay más de un sitio), y en “áreas” dentro de las plantas o sitios. Las máquinas también son agrupadas en “rutas” como un subconjunto de las “áreas”. Las rutas son listas de máquinas (y los puntos en la máquina) que se usan para guiarlo dentro de la planta.

Figura 4-32 Esta ruta es para todas las bombas en una estación de bombas 1 la cual una área dentro de la planta.

Si las rutas se establecen correctamente, ellas enlistarán las máquinas en un orden correcto, y los puntos serán ordenados de tal manera que la ruta simplemente puede ser seguida por el camino más eficiente, de punto de medición a punto de medición. Obviamente es muy importante que se siga la ruta en el orden correcto, y que el sitio correcto se verifique antes de tomar la medición. A veces es muy fácil confundirse si hay una “Unidad #1”, “Unidad #2”, “Unidad #3” etc. – especialmente si los nombres de la base de datos (o en la pantalla de colector de datos) no concuerdan con los nombres en las máquinas (si tuvieran uno).

Cargando la ruta El colector de datos por si mismo no conoce cuales máquinas se van a examinar, o cómo se examinarán. Esta información se encuentra en la base de datos dentro de la computadora y se debe “descargar” al colector de datos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 2 7

Figura 4-33

Normalmente esto se hace conectando un cable de comunicación entre la computadora y el colector de datos. Se coloca al colector de datos en modo de comunicación (para que esté esperando instrucciones del programa de la computadora), y la opción dentro del programa para descargar la ruta debe ser seleccionada. La ruta de descarga se debe seleccionar, e inmediatamente la transferencia se iniciará. El software transferirá todas las instrucciones al colector de datos. El nombre de las plantas, áreas, máquinas y los puntos de prueba se transferirán, así como el rango de frecuencia y otros parámetros del esquema; de este modo el colector de datos sabrá como iniciar las mediciones. Podría haber otras opciones a considerar. Los contenidos actuales de la memoria del colector de datos (por ejemplo, otras rutas y mediciones) podrían ser borrados para que haya espacio para la ruta y mediciones nuevas. Por supuesto, verifique si esas mediciones ya están “enviadas”. Algunos sistemas pueden también transferir las mediciones previas (para una rápida comparación mientras examina la máquina) y límites de alerta.

Seguimiento de ruta

Figura 4-34

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 2 8

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Seleccione el modo de ruta en el colector de datos. Después selecciones la ruta de la lista de rutas descargada en el colector de datos. Los colectores de datos difieren substancialmente en como se deben hacer las selecciones. Los menús pueden ser y operar de manera diferente.

Figura 4-35

La primera máquina y los puntos de medición de desplegarán. Observe que la pantalla incluya el nombre de la ruta, el nombre de la máquina y el nombre de los puntos de medición, así como su dirección. Asegúrese que la máquina esté funcionando correctamente, fije el sensor y comience las mediciones.

Figura 4-36

El sistema entrará en un “periodo de instalación”. Espere a que éste indique que la medición está completa. Es importante que durante este tiempo sea cuidadoso de no mover el cable o balancearlo. El movimiento del cable puede ocasionar un componente de baja frecuencia lo cual generaría una caída ski en el espectro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 2 9

Figura 4-37

Cuando la medición esté completa, el espectro será desplegado. Revise que sea razonable y que no haya ni caída ski ni mensajes de error. El colector de datos entonces lanza un mensaje de que se moverá al segundo sitio de medición. La Figura 4-38 muestra la siguiente medición que está en la misma localización del rodamiento, pero en dirección vertical.

Figura 4-38

Las mediciones continuarán haciéndose en la misma manera hasta que toda la ruta este completa. Los registros notan cualquier máquina que no este funcionando o cualquier irregularidad como fugas, ruidos, etc. Cuando la ruta esté completa, la información esta lista para cargarla en la computadora.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 3 0

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Problemas que se pueden presentar durante la ruta La sección previa fue una versión corta del proceso de la recolección de datos. Esta sección provee un panorama más amplio y detallado sobre el manejo de ciertos temas durante la obtención de datos. Primero, se debe decidir cuales datos guardará en el analizador. La mayoría de los colectores de datos simplemente guardan los datos en la memoria y pasan al segundo punto. Hay algunos colectores de datos con mayor memoria en el mercado; y modelos diferentes tienen características distintas. Reemítase al manual de operación de su colector de datos para saber como usarlo correctamente y aproveche todo lo que éste le ofrece. Algunos colectores de datos tienen la opción de medir un punto y determinar lo que debería almacenarse basado en la amplitud de la lectura de vibración. Por ejemplo, puede tomar una lectura general del nivel, y si este excede los límites alarmantes establecidos, el colector de datos seguirá y obtendrá el espectro, la onda, y otras mediciones.

Figura 4-39

Algunos sistemas son mucho más sofisticados y tienen maneras más avanzadas de medir los niveles de vibración, pero el resultado final es el mismo- determinar si el espectro y otras lecturas deberían guardarse en la base de datos. Nuestra opinión es que todas las lecturas de vibración se deberían guardar, incluso si no hay muchos cambios desde que el último conjunto de lecturas fueron tomadas. El hecho de que las lecturas no hayan cambiado, podría ser información útil. Así que, si tiene opción, ¡guarde todo! Complicaciones: Máquinas fuera de funcionamiento En el curso de la ruta normal, podría haber asuntos que impidan que las mediciones se hagan en el orden normal. Veamos algunos ejemplos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 3 1

Una máquina que no esté funcionando puede ser omitida en la medición y regresar a ella después. La mayoría de los colectores de datos enlistan las máquinas y los puntos que han sido brincados, de esta manera usted puede revisarlos al final de la ruta. Un muchos casos puede que haya una “Unidad A” y una “Unidad B” en la ruta, pero una siempre está en espera. Sáltese la unidad que está en espera, y si no hay probabilidades de que funcione después, el colector de datos puede tener la opción de señalizar la máquina que no esta funcionando. Es mejor registrar que ésta no estaba funcionando en lugar de simplemente dejar un espacio en la base de datos. Complicaciones: condiciones incorrectas A veces las condiciones de operación no son apropiadas (discutiremos esto en un momento). La persona que establece la base de datos puede haber registrado un mensaje en el colector de datos estableciendo las condiciones apropiadas de la prueba: velocidad y carga, por ejemplo. Si hay un conjunto de condiciones de medición requeridas, es esencial que la máquina no se revise si éstas condiciones no son óptimas. La vibración y la carga afectan los rasgos de vibración, y el analista no podrá usar estos datos (y si piensa que la velocidad y/o la carga fueron correctas, podría ocasionar una confusión).

Repetitividad En la introducción del capítulo de análisis de vibración, se hizo énfasis en los patrones de vibración y en la amplitud de la vibración. Ahora estamos interesados en cómo cambia la vibración. Si la salud de la máquina no cambia, la vibración no cambiaría Así que, para detectar un cambio en la salud de la máquina, las lecturas de vibración se recolectan en una base de rutina – por ejemplo, cada 30 días. Después de cada medida, la información se estudia para ver si hay un cambio, y después lo que significa ese cambio. Idealmente la vibración debería medirse diariamente, de hecho cada minuto- pero eso cuesta mucho- En su lugar se debería elegir un periodo de medición apropiado – no tan frecuente que su costo de almacenamiento sobrepase los beneficios, ni tan alejado uno del otro que la máquina desarrolle un problema y se descomponga entre mediciones.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 3 2

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-40

Si se invierte mucho tiempo al trabajar en la planta, podría ser obvio que muchas máquinas operen bajo variantes de carga y velocidad, esto es, la velocidad y la carga de la máquina podría variar dependiendo del proceso. Un cambio en la vibración se puede escuchar cuando la velocidad o carga varían. Pero aguarde, el objetivo es comparar las lecturas de vibración de un mes al siguiente. Si la máquina está funcionando a una velocidad diferente, o bajo diferentes condiciones de carga, dé por seguro que los patrones de vibración serán distintos también. Eso no es bueno. El primer punto que debe considerar es la “repetitividad” de las pruebas. Las mediciones deberían ser capaces de repetirse en cualquier momento (asumiendo que el estado de la máquina no haya cambiado), y no ver ninguna diferencia en los patrones o niveles de vibración. Condiciones de medición Las condiciones incorrectas podrían significar que usted tiene que esperar hasta que la velocidad y/o la carga sean las mismas que cuando las mediciones previas se realizaron. Si no espera, los datos de vibración no serán muy confiables ni útiles.

Figura 4-41

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 3 3

Esto puede requerir una coordinación entre los operadores de la planta para que ellos puedan recrear las condiciones de prueba. El monitoreo de vibración es importante, y las máquinas clave de su planta se deben revisar correctamente. Si se han definido condiciones específicas de prueba para una máquina, asegúrese de satisfacerlas durante la medición. Realización de mediciones correctas Hay otra razón por la que los patrones de vibración podrían cambiar, incluso si el estado de la máquina no ha variado. Esta razón esta en la palma de su mano. Cuando el sensor es ajustado a la maquina, la vibración proveniente del interior de la máquina causa que este vibre, lo cual es registrado por su interior electrónico. Si el sensor no se monta correctamente, este vibrará de manera diferente y los datos serán de igual forma inútiles. Si la superficie de la máquina esta sucia, si el sensor no se coloca en la misma posición cada vez, o si se usa un sensor diferente; el patrón de vibración será distinto. Así que el trabajo de la persona en la máquina es muy importante.

Figura 4-42

Echemos un vistazo a cada uno por separado. Primero, si la superficie de la máquina está sucia o áspera, el sensor no hará buen contacto con ésta y la medición se verá afectada. El uso de imanes fuerte puede minimizar este efecto. Sin embargo la mejor solución es muy simple, use un paño para limpiar la superficie. Monte los sensores de la misma manera todo el tiempo Cuando el acelerómetro se ajusta a la máquina éste percibe la vibración de cierta manera. Pero si el acelerómetro se coloca en una posición ligeramente diferente, o si se pone en el mismo sitio pero en un ángulo distinto (en relación al eje de la máquina), la amplitud y el nivel de vibración cambiarán.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 3 4

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-43 Uso de un aguijón.

Si se usa un “agujón” (sonda sostenida manualmente), el impacto es aún mayor. Si se realizaran dos mediciones, una empujando fuertemente el aguijón, y la otra sosteniéndolo ligeramente contra la máquina, la diferencia le sorprendería. Use almohadillas de ajuste si es posible Las almohadillas de montaje son un excelente método de marcar los sitios de medición, también como para proveer un sitio de montaje para el sensor. Ellas tienen una superficie plana fácilmente limpiables, y muestran dónde se debería montar el sensor. Las almohadillas se pueden pegar o colocar en la máquina. Si una almohadilla no se pudiera usar, entonces serviría para conocer la ubicación exacta. Etiquétela. Es buena idea pulir la superficie plana.

Figura 4-44 Use almohadillas de ajuste cuando sea posible.

Cuando use un imán de dos polos como método de montaje, ajuste un lado y bájelo suavemente a su posición. El imán tiene una fuerte atracción y puede deslizarse muy rápido en el último momento, impactando al sensor y dañándolo, lo cual requeriría un mayor tiempo de montaje.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 3 5

Figura 4-45 Deslice el imán a su posición en lugar de ponerlo de golpe.

Otro buen método de montar un sensor es usando ajustes de conexión rápida. Estas son adaptaciones que se pueden pegar o montar en la máquina. Un adaptador especial se coloca al sensor el cual se ajusta a el ajuste de conexión rápida con una sola vuelta. Este hace contacto sólido, se limpian fácilmente, y tienen efectos mínimos en la información.

Figura 4-46 Los ajustes de conexión rápida provee buena confiabilidad y buenas respuestas de frecuencia.

¿Por qué tanto énfasis en cómo se instala el sensor? La manera en que el sensor se coloca afecta el rango de utilidad de los datos que se pueden obtener. Aunque se tomó mucho tiempo para detallar este tema en Categoría II, hay algunos conceptos que se deben entender. Primero, un sensor es evaluado por cómo iguala la salida para una entrada especifica. Por ejemplo, una salida de 1g a través del rango entero de frecuencia debería producir un nivel de salida de 1 g . En alguna frecuencia, la respuesta no será nivelada. Este rango de respuesta de nivel define el rango de frecuencia del transductor. Las frecuencias fuera de este rango no serán certeras en amplitud.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 3 6

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Segundo, a pesar de que un buen sensor tenga una respuesta de nivel de frecuencia por encima de 30 000 Hz, la manera en que el sensor se coloca afecta enormemente ese rango. Cada método de montaje tiene sus propios problemas de resonancia que magnifican la vibración que ocurre en ese rango. Los buenos transductores calibran el rango de respuesta de nivel con más o menos un 5%. Diferencias mayores no son aceptables. Los problemas de resonancia asociados con el método de montaje amplifican la energía mucho más que eso. La siguiente ilustración muestra los distintos métodos de montaje. La gráfica muestra como responde el sensor a los distintos modos de montaje. Observe como la sonda con punta de aguijón tiene un pico de resonancia de aproximadamente 1KHz. Sin embargo, la vibración se comienza a amplificar en la región de 500 Hz. Esto significa que cualquier energía generada por la máquina en esa región se amplifica. Pero, de acuerdo con los datos “reales” cualquier “ruido” se amplifica también. Esto no es verdad y puede ocasionar que persigamos fallas que no existen.

Figura 4-47 Rangos de respuesta de frecuencia de distintos montajes de transductores.

La mayoría de la maquinaria estándar tiene frecuencias en el rango 1 500 Hz que nos interesan. Muchas máquinas de 36000 rpm producen frecuencias de 3000 Hz. En la caja de engranaje queremos ver frecuencias mayores a 3.5 veces la frecuencia del engrane. Note que este tipo de montaje produce el más alto rango de respuesta de nivel, casi 10kHz.

La Repetitividad es esencial Recuerde que la repetitividad es esencial para un buen análisis. Cada medición se debe obtener de la misma manera, con el mismo sensor, con el mismo montaje, con la máquina en un mismo estado para que los resultados no fallen.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 3 7

Figura 4-48 El software de análisis y el analista basan los diagnósticos en la premisa de que cualquier cambio es el resultado de variaciones en la máquina y no en la manera en que los datos se obtuvieron.

Los cambios vistos en los datos de un tiempo de medición al siguiente podrían ser el resultado de cambios en el estado de la máquina solamente, no en la manera en que los datos se obtuvieron. El analista y el software de análisis asumen que la información se recolecto de la misma manera así que todos los cambios se deben al estado de la máquina. Los métodos y técnicas de recolección de datos inconsistentes pueden llevarnos a un mal diagnostico y a la pérdida de tiempo.

Cómo reconocer de datos erróneos Hay algunas reglas para recolectar datos. Una es ver los datos como fueron recolectados. Muchos analizadores tienen la opción de desplegar los datos justo como se obtuvieron. Use este modo y vea la pantalla. Este es el momento de revisar si los datos tienen problemas, no después de que hayan sido cargados en la computadora. Además de revisar problemas en la condición de la maquinaria, los datos deberían revisarse para ver si son razonables. Hay indicadores que nos dicen cuando la información es mala información. Un mal cable, malas conexiones de cable, una falla en el sensor, condiciones de montaje, o incluso el movimiento de un cable pueden ocasionar una falla en la información. Algunos conceptos se deben entender en relación a la manera en que los transductores trabajan y la manera en la que son accionados. Anteriormente en este capítulo se discutió la construcción interna de los acelerómetros y la manera que son accionados. En esa sección aprendimos que hay algunas razones por las que el dispositivo de salida de un sensor puede ser inestable. Primero, un sensor tiene un amplificador integrado, y en algunos también un circuito. Cuando se aplica energía al transductor la señal timbrará, transformándose en inestable mientras que el circuito se “establece”. Cualquier dato recolectado durante este tiempo tendrá una onda de tiempo que muestra un desbalance DC diverso, y el espectro tendrá una “caída ski”. Vea la Figura 4-49.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 3 8

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-49 Datos deficientes debido a insuficiente tiempo de estabilización para el sensor.

Si esté fenómeno se observa, el “ tiempo de estabilización” establecido en el software deberá incrementarse. Este controla el tiempo de estabilización en el analizador. Observe que esto aplica solo para los transductores ICP (internamente amplificados).

Transcientes térmicas Las transcientes térmicas causan caídas similares cuando el sensor se mueve de una superficie caliente a una superficie fría y viceversa. El choque térmico ocasiona que la salida del sensor timbre. Permita que el sensor cambie de temperatura antes de comenzar la medición.

Impactos mecánicos Una situación similar ocurre cuando el sensor es abollado o golpeado al usar un imán como montura. Un voltaje más alto se produce y el dispositivo de salida sonará. El espectro tendrá la característica de caída ski y la onda tendrá una transciente u oleada evidente. Observe la Figura 4-50. Una solución a esto es evitar que el sensor se golpee durante la medición y colocarlo suavemente en su posición.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 3 9

Figura 4-50 Un choque mecánico produce una caída ski en el espectro y una trasciente en la onda.

Sobrecarga Una vibración de alta amplitud (sensor sobrecargado) puede “saturar” al generador generando una caída ski en el espectro debido a una distorsión de intermodulación. La vibración excesiva se puede generar de las máquinas que se encuentran alrededor o de una excesiva cavitación. La amplitud puede ser extrema. Vea la Figura 4-51

Figura 4-51 Una caída ski de gran amplitud debida a un sensor sobrecargado.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 4 0

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Mal montaje y armónicos inesperados Las monturas flojas pueden hacer que el sensor traquetee generando armónicos en la onda. Esto típicamente se debe a que el sensor no hizo un contacto fuerte con la máquina. Observe la Figura 4-52. Cerciórese que el sensor esté colocado firmemente en su lugar.

Figura 4-52 Caídas ski y armonías inesperadas en el espectro debidas a una montura floja del sensor.

Mala configuración Si el rango de salida es muy alto y el voltaje medido es muy bajo, una forma de onda con “acumulaciones” se puede producir, lo cual ocasiona una caída ski en el espectro. Esto puede ocurrir cuando un sensor se golpea al inicio de la medición y el circuito se realinea a la amplitud máxima. Vea la Figura 4-53. Vuelva a tomar los datos después de que el sensor se reestablezca.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 4 1

Figura 4-53 Una forma de onda con acumulación ocasionada por una estructura deficiente. Principalmente ruido digital.

Figura 4-54 Caída ski típica debida a problemas de cable, montura o conexión floja.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 4 2

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Figura 4-55 Esta área expandida de un espectro previo muestra una caída ski y la alarma activada.

Problemas en sensores ICP Hay problemas que se pueden ocasionar en acelerómetros amplificados internamente (ICP). && Como se describió en la sección de acelerómetros, estos transductores se activan añadiendo un voltaje con polarización DC (de entre 8 y 14 VDC) a los conductores del transductor. La señal AC dinámica se sobrepone en esta polarización de voltaje, el resultado es un columpio de 0VDC al límite de suministro de energía, típicamente entre 18 y 30 VDC. El colector de datos remueve entonces la polarización de voltaje, dejando la señal dinámica. Al observar el nivel de la señal y al revisar la polarización de voltaje (cuando se sospecha de una falla), es posible detectar un rango de sensor y problemas de cableado. El analizador debería revisar las siguientes condiciones: • • • •

Falla de polarización abierta: Voltaje de 18-30 voltios Falla de polarización corta: 0 voltios Sensor dañados: Polarización baja, polarización alta Polarización errática y onda de tiempo: sobrecarga de sensor

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 4 3

Figura 4-56 De Wilcoxin, una compañía de transductores, muestra de voltajes esperados.

Figura 4-57 S Esquema de sensor y colector de datos. Cortesía de Wilcoxin

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 4 4

BOV

0

C A P I T U L O

Espectro

Sin señal

C U A T R O

Onda de tiempo

–

A D Q U I S I C I Ó N

Condición de falla

Sin energía/Corto circuito del conector

Sin señal

D E

D A T O S

Medidas a tomar Prueba/energía de encendido Verifique el aislamiento del cable Repare/reemplace el cable

2.5 - 5V

10 – 14V Estable

Sin señal

Alta “caída ski” frecuencia baja

Sin señal

Amplificador dañado

Amplitud alta ruido de frecuencia alta

Sobrecarga de frecuencia alta (liberación de vapor, fuga de aire, cavitación, etc.)

Reemplace el sensor Repare la fuga/depósito de vapor Use un sensor menos sensible Coloque una almohadilla de hule bajo el sensor

10 – 14V Estable

“Caída ski” muy pronunciada sin señal de frecuencia alta

Agitada

Amplificador dañado

Reemplace el sensor

10 – 14V Estable

Buena fuerza de señal 50/60Hz

50/60Hz

Blindaje inadecuado

Conecte cable de tierra Cambie la posición del cable

10 – 14V Estable

Alto ruido de frecuencia bajas

Picos de frecuencia alta

Impactos de arqueo ESD

Use un sensor menos sensible Coloque un parche de plástico bajo el sensor

10 – 14V Estable

Alto ruido de frecuencia baja

Ondulada

Conexión discontinua

Repare la conexión

18 – 30V

Sin señal

Sin señal

Energía reversada

Pista reversa

18 – 30V

Sin señal/señal débil

Sin señal

Conexiones de cable abierto

Repare la conexión

Tabla 4-1 Tabla de diagnostico para sensores ICP

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

P

4 - 4 5

Observaciones de campo Manténgase muy atento mientras sigue la ruta. Busque fugas, detecte olores inusuales, escuche si hay traqueteos u otros sonidos extraños, observe los ajustadores, y trate de sentir si las rotativas están calientes (Sea precavido, podría quemarse los dedos).

Figura 4-58 Se puede aprender mucho al intercambiar información de la máquina.

Hable con los operadores, trabajadores y, en general, con todos aquellos que puedan tener información sobre la máquina. La gente que ocupa mucho tiempo supervisando un grupo de máquinas puede inferir si están funcionando bien o no. Ellos pueden saber mucho más a cerca de la maquinaria y el proceso. Podemos aprender mucho sobre el estado de la máquina observando lo que los patrones de vibración nos revelan. Sin embargo algunas condiciones de falla no se pueden detectar solamente con los datos de vibración, en estos casos algunos estudios pueden apoyar el diagnostico. Por ejemplo, el colector de datos tendrá la opción de registrar estos estudios. Debe haber una lista de “claves” predefinida (mensajes cortos que pueden ser seleccionados de una lista). Usted puede tener también la opción de registrar notas. Dese la oportunidad de utilizar estas funciones. Realmente pueden ser de mucha ayuda y le pueden ahorrar mucho tiempo al hacer el análisis de vibración. Las notas ayudan al analista alcanzar una conclusión o dar recomendaciones más exactas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

4 - 4 6

C A P I T U L O

C U A T R O

–

A D Q U I S I C I Ó N

D E

D A T O S

Descargar la ruta Una vez que se completaron todas las lecturas, el siguiente paso es “descargar” los datos almacenados de nuevo a la base de daros. El colector de datos se reconectará a la computadora y se pondrá en modo de comunicación. Selecciones la opción del software para cargar los datos, y especifique la ruta de carga.

Figura 4-59 Clásico reporte de Excepción enlistando todas las mediciones que activaron una alarma.

La transferencia de datos puede tomar unos minutos. El software puede revisar las lecturas nuevas y generar un reporte de excepción. Se recomienda la revisión de este reporte para que se familiarice con él.

Inicio del proceso de análisis Se contrastan los datos nuevos contra alarmas para dar una indicación de condición y priorizar el proceso de análisis. El analista tiene que decidir si recomienda medidas de mantenimiento sobre cualquier máquina. El papel de la persona que recolecta los datos es crucial en el éxito del programa de vibración. Cuando se obtienen datos confiables todo mundo se beneficia..

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 5

Procesamiento de señales Objetivos: • • • • •

Describir el propósito de los filtros y lo que hacen Describir cómo el muestreo afecta los datos del espectro Determinar las líneas de resolución necesitadas para resolver las frecuencias Explicar el propósito de aplicar ventana Describir los tres métodos de promedio

Este capítulo explica lo que le pasa realmente a la señal del transductor; los procesos relacionados con la medición de la perspectiva de capturar y manipular la señal para producir los datos que necesitamos. Involucra digitalizar la señal y producir el espectro. Los elementos relacionados con esto que se explican son los filtros, las tasas de muestreo, la resolución y la aplicación de ventana.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 2

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

Filtros Cuando se monta un transductor en una máquina, la salida eléctrica es una señal analógica continua que representa la vibración en ese punto. Es importante entender lo que hacen los filtros y cómo se usan en el campo de la vibración. Hay cuatro tipos de filtros: • • • •

Filtros de paso bajo: permiten el paso de las bajas frecuencias. Filtros de paso de banda: permiten el paso de las frecuencias dentro de una banda. Filtros de paro de banda: bloquean el paso de frecuencias dentro de una banda. Filtros de paso alto: permiten el paso de las altas frecuencias.

La Figura 5-1 representa los datos de espectro de un compresor. Se trata de datos sin filtrar de 0 a 10kHz.

Figura 5-1 Datos sin filtrar de una máquina.

La Figura 5-2 muestra los mismos datos pero con un filtro de paso bajo. Actúa dejando pasar las bajas frecuencias y bloqueando las altas. Los filtros de paso bajo son los filtro más comunes por mucho, ganándose una gran popularidad por eliminar las señales duplicadas y por otros aspectos de adquisición de datos y de conversión de señales. Para un filtro de paso bajo, la banda de paso va desde DC (0 Hz) a la frecuencia especificada y la banda de paro se encuentra arriba de la frecuencia especificada.

Figura 5-2 Los mismos datos, pero con un filtro de paso bajo aplicado.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

P

5 - 3

Los filtros de paso de banda solo transmiten los componentes de la señal ubicados dentro de una banda en torno a una frecuencia central. Un filtro de paso de banda ideal incluiría transiciones de pared de ladrillos en fL y en fH, rechazando todas las frecuencias que estén afuera de ese rango. Los filtros de paso de banda se emplean en situaciones en las que se necesita extraer un tono específico, como los tonos de prueba, los tonos adyacentes o el ruido de banda ancha. Observe la Figura 5-3.

Figura 5-3 Se aplicó el filtro de paso de banda. Este filtro bloquea las frecuencias altas y las bajas.

Los filtros de paro de banda — (conocidos también como de rechazo de banda o de muesca) transmiten todas las señales, excepto las ubicadas entre los rangos de frecuencia especificados. Estos filtros pueden eliminar un tono específico, por ejemplo una alza de frecuencia de línea de 50 ó 60 Hz de las demás señales.

Figura 5-4 El filtro de paso de banda bloquea determinadas frecuencias especificadas.

En un Filtro de paso alto, la banda de paso se encuentra por encima de una frecuencia especificada, mientras que la banda de paro se ubica debajo de ese punto. Los filtros de paso alto normalmente se usan para detectar tempranamente el desgaste de un rodamiento. Los distintos fabricantes tienen nombres para esta característica: detección Spike Energy, HFD y otros. Estos filtros bloquean la amplitud elevada y las bajas frecuencias para permitir que el escalado se ajuste a los niveles de amplitud baja en el desgaste inicial de los rodamientos en las frecuencias más altas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 4

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

Figura 5-5 El filtro de paso alto bloquea todas las frecuencias inferiores a lo especificado.

Idealmente, los filtros bloquearían todas las frecuencias no deseadas, como si colocaran una pared de ladrillos para detenerlas. Observe la Figura 5-6. Esto brindaría un corte limpio y mantendría afuera todas las señales no deseadas. Sin embargo, este no es el caso.

Figura 5-6 El diseño ideal de los filtros volquearían todas las frecuencias no deseadas.

En la vida real, especialmente con los filtros analógicos, hay regiones en las que algunas frecuencias se atenúan, pero no se bloquen. Hay otras formas de tratar los datos para obtener los resultados necesitados. Estos se explican en los cursos de las Categorías II y III. Hay un concepto que es importante entender en lo referente a la electrónica de los filtros. Cuando los datos se aplican al sistema de circuitos del filtro, la salida del circuito” da un golpe".

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

P

5 - 5

Figura 5-7 El diseño real de los filtros tiene una banda de transición que permite que parte de las frecuencias pase.

Muestreo y resolución ¿Qué le sucede realmente a la señal del transductor? Software y hardware sofisticados capturan y manipulan las señales para que cedan el lugar a los datos que se pueden usar para determinar exactamente la condición de la maquinaria. En el pasado, las discusiones relativas al procesamiento de señales y de muestreo han sido confusas en cierta medida. Esto probablemente se deba a la existencia de muchos términos similares con distintos significados y aplicaciones. Los términos confusos incluyen palabras como “Muestra” o “Muestreo”. Se trata de los tres siguientes términos que trataremos de explicar de manera clara: 1. 2. 3.

Frecuencia de muestra o frecuencia de muestreo Tiempo de muestra Número de muestras

Hay un número que se aplica de dos formas al trabajar con el muestreo y la resolución. El número es 2.56. A continuación trataremos de aclarar cómo se usa y por qué es importante.

Muestreo y rango del muestreo Cuando el transductor se coloca en la máquina, su salida eléctrica es una señal analógica continua, la cual representa la vibración en esa localización. Contiene toda la información sobre la velocidad, el desplazamiento o la aceleración.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 6

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

Figura 5-8 La señal analógica continua del sensor

La señal debe ser digitalizada para permitir que la caja registre y almacene la vibración. Para hacer esto, la señal analógica continua se debe convertir en una serie de números discretos que se denomina registro de tiempo. La Figura 5-9 muestra el proceso de digitalización de una onda analógica estándar. Aparecen marcados los lugares donde se han hecho las muestras individuales a intervalos discretos. Las muestras se convierten a números y se almacenan en una onda que se puede reconstruir después para elaborar el FFT. La frecuencia en la que la onda se muestrea se llama Frecuencia de muestreo o frecuencia de muestra. Es el número de muestras que se hacen en un segundo.

Figura 5-9 La onda de tiempo se muestrea a intervalos discretos. Cada punto es una muestra individual. La frecuencia con la que se toman las muestras se llama Frecuencia de muestreo.

Para representar la onda de tiempo, el colector de datos solo cuenta con las muestras para operar. Cualquier cosa que haya sucedido entre las muestras se pierde. Cuando el colector de datos o el software traza la onda de tiempo, simplemente “conecta los puntos”. Esto se llama Dominio de tiempo. Lo que realmente se almacena en el recolector de datos es, por ende, no tan detallado como la señal analógica continua. La frecuencia de muestreo afecta el rango de la onda que se puede reconstruir.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

P

5 - 7

En la Figura 5-10 se muestrea una señal de 50Hz a una frecuencia de 50 veces por segundo (50 Hz). Esto permite extraer una muestra por cada ciclo realizado. Si se conectaran los puntos, se produciría una línea recta. La onda no se puede reconstruir porque no hay suficientes muestras.

Figura 5-10 Una señal de 50Hz se muestrea a una frecuencia de 50 veces por segundo y proporciona una muestra por cada ciclo. Al conectar los puntos se genera una línea recta.

Figura 5-11 La señal de 50Hz se muestrea a una frecuencia de 100hz, lo cual da dos muestras por cada ciclo. Al conectar puntos se sigue generando una línea recta.

En la Figura 5-11 la frecuencia de muestreo aparece duplicada, es decir a 100 Hz. pero si se conectan los puntos de nuevo produce una línea recta. Todavía no hay suficientes muestras para reconstruir la onda. Es necesario que la onda sea muestreada a una frecuencia mayor que el doble de la frecuencia de la onda. Esto se llama Frecuencia Nyquist según la cual, la onda debe ser muestreada a una frecuencia mayor que el doble de la señal de entrada. La mayoría de analizadores digitales muestrean a 2.56 veces la frecuencia máxima de interés. Por ejemplo, si la frecuencia máxima de interés (llamada comúnmente Fmax) es de 400Hz, la frecuencia de muestreo debe ser de 400*2.56 = 1024 veces por segundo. Podemos controlar 2 parámetros: la frecuencia de muestreo y el número total de muestras recolectadas. La frecuencia de muestreo se controla seleccionado la Fmax. El número de muestras se define por medio de líneas de resolución. Una vez que la señal de entrada (la onda analógica) se ha digitalizado de esta manera, se puede reconstruir y mostrar, o bien, se puede transformar en datos de frecuencia usando el método FFT para desplegarla como un espectro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 8

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

Si consideramos detenidamente el proceso de muestreo, podemos llegar ciertas conclusiones. La frecuencia de muestreo debe ser de 2.56 veces la frecuencia máxima de interés. Para recrear una señal de 1000Hz, se requerirá una frecuencia de muestre de 2560Hz. Esto produce un espectro con un Fmax (frecuencia máxima) de 1000Hz. Esto conduce a la Regla #1…

Regla #1 La frecuencia del muestreo es proporcional al rango de la frecuencia (La frecuencia del muestreo es 2.56 x Fmax) Otra relación que se debe recordar implica a la onda y el espectro. El número de muestras de la onda de tiempo determina el espesor o la resolución del espectro. En la mayoría de analizadores el espesor o la resolución está determinado por el "número de líneas" seleccionadas por el operador. A este número se le conoce como Líneas de Resolución o LOR. Una línea es un punto de datos en el espectro. Algunas veces se le llama célula o depósito. Dos frecuencias no se pueden resolver si están más cerca una de la otra que las líneas. El espesor o la resolución de cada línea, depósito o célula se calcula dividiendo el Fmax entre el número de líneas. Por ejemplo, un espectro con una frecuencia máxima de 1000Hz y 400 líneas resulta en una resolución máxima de 1,000/400=2.5Hz . Esto quiere decir que dos frecuencias discretas aparecerán como una si están a menos de 2.5Hz. Si las líneas de resolución aumentan a 800 líneas, la resolución será de 1000/800=1.25Hz. Esto produce la Regla #2-a.

Regla #2-a El número de líneas es proporcional a la resolución Sin embargo, esta no es la historia completa. Hay un vínculo entre el número de líneas y lo que se llama el Número de muestras. El número de muestras que se necesita es de 2.56 veces el número de líneas (LOR) (otra vez el número 2.56). Para las 400 líneas del espectro, el número de muestras es de 400 x 2.56 = 1024. Así las cosas, la Regla #2 en un alcance más amplia es:

Regla #2 El número de muestras es proporcional a la resolución (Número de muestras = 2.56 x LOR) El resultado neto es que la buena resolución puede ser alcanzada. Se requiere de un número mayor de muestras, lo cual aumenta el tiempo necesario para recolectar los datos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

P

5 - 9

Tiempo de muestreo El tiempo que se necesita para recolectar los datos es igual al número de muestras que se requiere, dividido entre la frecuencia de muestreo. (Número de muestras /frecuencia de muestras). Por ejemplo: un Fmax de 400 Hz establece la frecuencia de muestreo en 1,024Hz. Una resolución de 400 líneas establece el número de muestras en 1,024. Así, el tiempo del muestro es de 1,024/1,024 = 1 segundo. Otra forma de computar el tiempo promedio es usar los número que podemos controlar, es decir, el Fmax y el LOR. Es decir, T = LOR / Fmax. Por medio de esta fórmula simplificada en el ejemplo anterior, se obtiene: T = 400LOR/400Hz Fmax = 1 segundo. Otro ejemplo que usa la fórmula simplificada para un Fmax de 100 Hz y de 12,800 líneas de resolución: T = 12,800 LOR/100Hz Fmax = 128 segundos para recolectar los datos.

Figura 5-12

En resumen, hay dos parámetros que el usuario puede controlar: 1. 2.

La frecuencia de muestreo (# muestras por segundo). Esto se controla ajustando Fmax). El número de muestras recolectadas (esto se controla seleccionando el número de líneas).

NOTA: La resolución es limitada por el factor de la ventana, el cual se explica en la siguiente sección. Refiérase a El tipo de ventana afecta la resolución de la frecuencia en la sección sobre las ventanas. La ilustración siguiente muestra parte de un espectro con un rango de 200Hz. Tiene 400 líneas de resolución. La resolución de la frecuencia es Fmax / número de líneas o Fmax / LOR. 200/400=.5Hz

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 1 0

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

Figura 5-13

Pruebe su conocimiento: ¿Cuál es el número de muestras que se necesitan para obtener este espectro? ¿Cuál es la frecuencia de muestre que se usó para obtener este rango de frecuencia? ¿Cuál es el tiempo de muestreo para que cada promedio compute este espectro? La Tabla 5-1 enumera el número creciente de líneas para una constante Fmax que muestra la resolución o el ancho de banda, la frecuencia de muestreo, el número de muestras y el tiempo de muestreo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

P

5 - 1 1

Número de líneas

Fmax (Hz)

Resolución (Hz)

Frecuencia de muestreo

Número de muestras

Tiempo de muestra (seg.)

100

1000

10.0

2560

256

0.1

200

1000

5.0

2560

512

0.2

400

1000

2.50

2560

1024

0.4

800

1000

1.25

2560

2048

0.8

1600

1000

.63

2560

4096

1.6

3200

1000

.31

2560

8192

3.2

6400

1000

.16

2560

16384

6.4

12800

1000

.08

2560

32768

12.8

Tabla 5-1 Efecto de resolución en el tiempo de muestra. El Fmax y, por tanto, la frecuencia de muestreo son constantes.

Hay otra propiedad de FFT que afecta su uso en el análisis de vibración. Quizás recuerde que el FFT se realiza en un bloque de muestras llamado registro de tiempo. Un presupuesto que se hace en el cálculo de FFT es que el registro de tiempo es continuo. Es decir, que la señal anterior al registro de tiempo capturado y el bloque inmediatamente posterior a ese registro son idénticos. En este ejemplo, aunque estamos realizando el FFT en el bloque de datos con el fondo negro, el cálculo FFT "asume" que los datos continúan infinitamente antes y después de este bloque de datos (como se puede apreciar en los datos con el fondo gris). En este ejemplo, es verdad que la onda sinusoidal de frecuencia sencilla empieza y termina en amplitud cero. Cuatro ciclos completos viven dentro del registro de tiempo.

Figura 5-14 El proceso FFT asumes que el bloque de datos se dirige a cero al final. En este caso, sí lo hace.

Si estamos analizando una onda sinusoidal pura, es decir, una sola frecuencia, y se presenta un número entero de ciclos en el registro de tiempo, entonces esta suposición es correcta.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 1 2

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

No obstante, raras veces es cierto que el registro de tiempo empieza y termina en cero. Lo más común es que sea similar a la Figura 5-15.

Figura 5-15 La ventana de tiempo no empieza ni termina en cero.

Cuando el cálculo FFT es realizado la señal es discontinua. Parece tener un incremento de paso en el nivel y parece un impacto para el cálculo FFT. Recuerde que el capítulo introductorio vimos que un impacto puede generar bandas laterales y hasta armónicos. Eso no es lo que queremos ver como resultado de esto. Los datos reales de la Figura 5-16 muestran que los finales de cada muestra no tienen amplitud inicial ni final en cero.

Figura 5-16 Ejemplo de datos reales donde los bordes de los bloques de muestra no terminan en amplitud cero.

Este fenómeno se llama Fuga. El resultado es un ensanchamiento de los picos dentro del espectro. Para sortear este problema la forma del registro de tiempo se varía realmente a fin de que no haya ningún dato en el comienzo ni en el final del registro. Los bordes son empujados a la amplitud cero. Esto es conocido como aplicar ventana a los datos. La ventana no cambia el contenido de frecuencia, pero afecta la forma de los picos espectrales y los niveles de amplitud.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

P

5 - 1 3

Figura 5-17 Estos son los datos en bruto antes de que se aplique ninguna ventana.

Figura 5-18 Estos son los mismos datos, pero luego de aplicarles la ventana Hanning. Ambos bordes tienen amplitud cero.

En esta ilustración, (Figura 5-18) es claro que cuando los registros de tiempo con ventana aplicada se colocan extremo con extremo, desaparece cualquier cambio en la amplitud al principio y al final del registro y, por lo tanto, no hay ninguna fuga. Hay varias funciones de ventana que se pueden escoger, cada una con una forma diferente y cada una con un efecto diferente en el espectro resultante. La ventana "Hanning” es la más usada en el análisis de vibración de maquinaria rotativa. Determina más exactamente la frecuencia, aunque sacrifica la amplitud. Otros tipos de ventana son: • • •

Ventana plana: tiene mejor exactitud de amplitud, pero la exactitud de la frecuencia es pobre. Ventana Hamming: es similar a la ventana Hanning, con la excepción que los bordes no llegan a amplitud cero. Ventana rectangular, ventana uniforme o sin ventana: las tres opciones equivalen a no utilizar del todo las ventanas. Se pueden usar durante situaciones de prueba especiales y se explican en la Categoría I.

La mayoría de analistas solo usan la ventana Hanning para medidas de rutina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 1 4

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

Cómo afecta el tipo de ventana a la resolución espectral Aunque la Ventana Hanning tiene la mejor exactitud de frecuencia, de todos modos lo afecta. Para corregir este fenómeno, se emplea un Factor de Ventana. El Factor de Ventana es un multiplicador que se puede aplicar cuando se determina la resolución. El Factor ventana par la Ventana Hanning es 1.5. Esto significa que después de determinar la resolución del método normal, el resultado se multiplica por 1.5. Esto efectivamente disminuye la resolución. Por ejemplo: Si el rango de frecuencia es de 1600 Hz y las líneas de resolución es de 800 líneas, entonces la fórmula para determinar la resolución es de 1600/800=2. Ahora, si se multiplica eso por 1.5 y la verdadera resolución por medio de la ventana Hanning, se obtiene 3Hz. Esto significa que dos frecuencias discretas más cercanas que 3 Hz aparecerán como un pico. Otra forma de expresar la fórmula resolución a través de la ventana Hanning es: Resolución = 1.5 x Fmax/Líneas Ejemplo: Para un espectro con un Fmax de 400 Hz y 400 líneas de resolución RES= Fmax / LOR = 400 / 400 x Factor Ventana = 400 / 400 x 1.5 = 1.5 Hz

Promediado En un mundo ideal, el colector de datos tomaría un solo registro de tiempo y libre de ruido a partir de una señal de vibración que no cambia nunca, luego produciría el FFT y lo almacenaría. Pero la vibración siempre cambia ligeramente y aparece ruido en las señales. Los cambios suceden a medida que los elementos rotativos experimentan ciclos y aparece ruido aleatorio desde adentro y desde afuera de la máquina. Hay una forma de minimizar los efectos del ruido y conservar lo más posible de los cambios debidos a los ciclos internos de la máquina. El proceso que se usa para corregir esto se conoce como promedio lineal. Simplemente, se debe calcular el valor promedio de cada línea del espectro. Este proceso ayuda a mantener la repetitividad, con lo que dos medidas tomadas con 5 minutos de diferencia deberían ser iguales. El promedio lineal recolecta un registro de tiempo, produce el FFT y mantiene el FFT o el espectro. El segundo bloque de tiempo se toma inmediatamente después de la primera parte y produce el FFT y lo mantiene. Esto se repite con cada promedio (usualmente 4). Luego los espectros se promedian. El promedio se almacena y el resto se desecha de la memoria.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

P

5 - 1 5

Figura 5-19 Promedio lineal con 4 muestras

Cuando la medición requiere que se almacene la onda, la mayoría de los analizadores guardan ya sea el primero o el último registro de tiempo, sin aplicar ninguna ventana. De esta manera, el analista puede ver el bloque de tiempo real que produjo el espectro. Algunos fabricantes recolectan y almacenan una onda separada después de que los datos espectrales han sido promediados y se han guardado.

Reducción de ruido

Figura 5-20 Un promedio. ¿Todos los picos son reales?

La Figura 5-20 muestra una onda y el espectro resultante. Se trata de un promedio, o bien, no promediar esencialmente. Note el pico dominante. Es probable que se trate de la frecuencia de la onda sinusoidal del fondo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

5 - 1 6

C A P I T U L O

C I N C O

–

P R O C E S A M I E N T O

D E

S E Ñ A L E S

¿Pero que hay de los otros picos? ¿Son reales? ¿Son realmente el resultado de condiciones de la máquina tales como las frecuencias de los rodamientos? Si se efectúan promedios adicionales, se pueden responder las preguntas. Si se debe a una vibración eléctrica o mecánica, debería estar en cada bloque de datos. Si se trata de ruido aleatorio, el promedio reducirá su presencia. El espectro de la Figura 5-21 es el resultado de 4 promedios. Note cómo el espectro ha cambiado. El pico primario aún está presente, pero todos los otros picos se han reducido significativamente. Se trataba de ruido aleatorio y fue promediado hacia abajo a 1/4o de la amplitud a causa de los procesos (4 promedios). Tome en cuenta que el ruido NO se elimina, solo se reduce.

Figura 5-21 Cuatro promedios. La mayoría de los picos se redujo drásticamente. Se trataba de ruido aleatorio.

Existen otros dos métodos de promedio que se explican en detalle en el curso de la Categoría II y que, por tanto, solo describiremos brevemente aquí. Promedio Peak-Hold: Este promedio típicamente usa varios promedios (20-100) y mantiene el valor más alto que se midió en cada celda. Promedio de tiempo sincrónico. Este promedio se hace en la onda de tiempo en vez del espectro. Usa una señal de tacómetro y promedia a cero todas las frecuencias no son enteros múltiplos de esa señal. La energía sobrante es la velocidad de los giros y sus armónicos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 6

Análisis de vibración Objetivos: • • • • • • • • • •

Validar los datos Describir el proceso para analizar el espectro Describir la resonancia y sus efectos en la vibración Diagnosticar desbalanceo Diagnosticar desalineamiento Diagnosticar soltura mecánica Diagnosticar fallas en rodamiento Diagnosticar fallas en motores eléctricos Diagnosticar fallas de transmisión por fajas Localizar frecuencias de engranaje en espectro

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Los análisis de Vibración precisos se obtienen tomando en cuenta muchos aspectos. El dato más común que se analiza es el espectro o dato de espectro, el segundo es la información de onda de tiempo. Los patrones revelan la naturaleza de la falla, la amplitud indica la severidad de ésta; y los cambios en el patrón y en el nivel nos dicen que tan rápido se debe actuar. La mayoría de la información se deriva del espectro. Aquí, la frecuencia señala el tipo de falla mientras que la amplitud indica la severidad.

Figura 6-1 La mayoría de la información se deriva de los datos del espectro. La frecuencia indica la naturaleza del problema y la amplitud la severidad.

El análisis del espectro se debe involucrar. Para asegurarse de tener un análisis lo más confiable posible, se debe tener un plan, una metodología. Debemos seguir una serie de pasos para: • • • • •

Validar los datos Encontrar la velocidad de ejecución Buscar armónicos Buscar bandas laterales Comparar los patrones con las reglas conocidas

Para detectar cambios y fallas de diagnóstico se usan gráficas (o planos) que apoyen las comparaciones espectrales. Algunos programas muestran las gráficas o planos simultáneamente para compararlos. Otros los sobreponen, incluso otros pueden ver muchos planos a manera de cascada, lo cual permite visualizar los cambios de vez en cuando.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 3

Figura 6-2 Los planos de cascada de datos históricos en un punto de medición.

Figura 6-3 Un solo espectro y su onda asociada.

Validación de información Cada vez que se recolecta información, cabe la posibilidad de que algo salga mal. El transductor se puede aflojar, la máquina puede arrancar en medio examen, las condiciones de operación no pueden ser las idóneas, etc. Al revisar el espectro de vibración, examine esta lista de comprobación antes de llegar a una conclusión. Un momento de atención en este punto puede evitar que se apene más adelante.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

A continuación describe el proceso sugerido: 1.

Asegúrese que el espectro tenga picos – y no solamente picos relacionados eléctricamente (en la línea de frecuencia y múltiplos). Cerciórese de que haya información a cerca del estado mecánico de la máquina.

2.

Busque la clásica “Rampa ski” en la gráfica. Si el espectro comienza en un nivel alto al final de la frecuencia baja de la gráfica, y decae despacio a través de ésta, entonces lo más probable es que haya habido un problema con el transductor.

Figura 6-4 Asegúrese que los datos tengan picos relacionados a asuntos mecánicos.

La mayoría de problemas comunes se relacionan con el transductor. El origen más frecuente de “rampa ski” es una transciente de algún modo. La transciente puede ser mecánica, térmica o eléctrica. Como se discutió en la sección dedicada a los transductores, hay un número de señales delatoras que se deben a una falla en el transductor o a la manera en que fue colocado: • • • • • • •

Diseños deficiente pueden ocasionar una onda de tiempo con acumulaciones Cables flojos o rotos Monturas flojas Estabilización de tiempo insuficiente Eléctrica Temperatura Transductor impactado durante la obtención de datos

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 5

Figura 6-5 Datos malos. Onda de tiempo con acumulaciones y rampa ski en el espectro.

Figura 6-6 Tiempo de estabilización inadecuado causa cambios en la onda de tiempo y una caída ski en el espectro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-7 Este tipo de transciente se puede originar por un golpe en el transductor. Esto causa una rampa ski en el espectro.

3.

Verifique el pico de velocidad de giro. Determine si la máquina está funcionando en la condición y velocidad correctas.

Asumiendo que los datos parecen “limpios”, pregúntese lo siguiente: ¿Estaba la máquina funcionando bajo la condición correcta? ¿Dónde se encuentra el pico de velocidad de ejecución? ¿Estaba funcionando en la velocidad correcta? Puede resultar difícil decir si la carga o la velocidad no eran correctas, a menos de que, por supuesto, estuvieran considerablemente fuera de la norma. ¿Los datos se ven “diferentes”?. ¿Es necesario hacer comparaciones con otros datos del mismo punto?

Figura 6-8 Este plano muestra dos mediciones sobrepuestas para comparar los picos de velocidad de ejecución.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

4.

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 7

Siguiente, si es posible verifique que los datos sean de la máquina correcta, de los puntos de medición y de la dirección debidos.

Muchas veces, ya sea la Unidad A o la Unidad B estarán funcionado. ¿Son los datos de la Unidad correcta? ¿Son los datos del punto y dirección correctos en la máquina? Por ejemplo, ¿son realmente del lado de carga del componente, y en dirección vertical?

Figura 6-9 Verifique que los datos sean de la unidad correcta.

Estas revisiones pueden parecer disparatadas, pero pueden ocurrir equivocaciones. Es recomendable verificar rápidamente estas cosas cada vez que se pueda.

Identificación de la velocidad de giro Después de haber validado que los datos están bien, la preocupación más importante es identificar correctamente la velocidad de giro. Su software de vibración se puede diseñar para localizar la velocidad de giro, ya sea de la información que le fue introducida, o por un análisis automático de datos. Recuerde que en el capítulo 3, Principios de Vibración, se mostró que muchos picos que se muestran en el espectro están directamente relacionados con la velocidad de giro de la máquina (o a la velocidad giratoria del eje). El analista está siempre observando los picos como múltiplos de las diversas velocidades giratorias del eje. Localizar la velocidad de giro es vital para el éxito del análisis de espectro de vibración.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-10 Datos de un abanico de velocidad variable. La frecuencia está en CPM.

En muchos casos el pico 1X será evidente, cuando no lo es podría ser necesario, ya sea buscar un pico de un múltiplo conocido de la velocidad de giro y trabajar al revés (por ejemplo, encuentre el pico 6X y divida la frecuencia entre 6), o rápidamente pasar a un punto de la máquina donde sea más obvio (asumiendo que la velocidad de la máquina no cambió mientras el examen estaba en proceso). Vea el espectro en un formato “normalizado en órdenes”. En una gráfica de espectro normal el e eje-x es señalado en intervalos de Hertz (ciclos por segundo), o más comúnmente en CPM (ciclos por minuto). Observe la Figura 6-10. Cuando el espectro está normalizado en órdenes, el eje x se marca en intervalos e la velocidad de giro. En la Figura 6-11 la cual muestra los mismos datos de la Figura 6-10, los picos relacionados a la velocidad de giro se notan claramente.

Figura 6-11 El mismo dato, pero normalizado en órdenes la velocidad de giro.

Ahora es fácil rápidamente determinar si hay cualquier pico sincrónico (relacionado a la velocidad de giro), o cualquier pico no sincrónico (múltiplos de números no enteros de la

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 9

velocidad de giro). También es una tarea fácil ver si existe algún pico debajo de la velocidad de giro (los picos sub sincrónicos). Algunas máquinas tienen dos o más velocidades de eje debido al método de la unidad. Vea la Figura 6-12. La transmisión por fajas y las cajas de engranaje cambian la velocidad del eje siguiente y afectan los datos espectrales. Las velocidades de giro de eje múltiple aparecerán en el espectro.

Figura 6-12 Fajas y cajas de engranaje producen velocidades de giro de eje múltiples.

Figura 6-13 La transmisión por fajas pueden mostrar velocidades de giro de ambos ejes.

La Figura 6-13 es un espectro de una máquina de transmisión por faja. Ésta tiene dos picos de velocidades de giro del eje. Identifique todas las velocidades de giro y normalizado en órdenes de cada uno de manera que los múltiplos de las velocidades de eje sean evidentes. Esto ayuda a determinar si los picos no sincrónicos son de hecho múltiplos de otra velocidad del giro del eje. Uno de los objetivos del analista debería ser la configuración del software de análisis para minimizar el trabajo que de debe realizar. El normalizado de órdenes de las gráficas es un paso en esta dirección. Un escaneo rápido de los datos y una evaluación inmediata sobre el tipo de patrón ahorra mucho trabajo y esfuerzo, además de que las condiciones de falla son menos probables de pasarse por alto.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 1 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Regiones espectrales Una vez que los datos han sido validados y la velocidad de ejecución localizada, el análisis del espectro existente se puede comenzar. Existen tres aproximaciones que se pueden tomar, y cuya combinación puede dar un mejor resultado. Estas tres aproximaciones son: 1. 2.

3.

Reconocer los patrones basadas en las fuerzas en la máquina. Busque cortaduras, transcientes, distorsiones, modulación, y fuerzas centrípetas en la onda y el espectro. Identifique patrones de falla clásicos tales como 1 x alto asociado con desbalance, y armónicos 1x asociados con solturas. Conocer los patrones de falla básicos ayuda a confirmar o negar una falla en particular. Entender los modos de falla de la máquina. Tener conocimiento de cómo falla la máquina y lo que falla, ayuda a revisar rápidamente si esas fallas están o no en el espectro y los datos de onda.

Un escaneo rápido de tres regiones del espectro normalizado en órdenes ayuda a categorizar los tipos de falla.

Figura 6-14 El espectro se puede separar en tres regiones.

La sección de Frecuencias de falla en el capítulo 3 mostró como muchos defectos están relacionados a la velocidad de giro y a sus múltiplos enteros (energía sincrónica). Otras fallas son múltiplos fraccionales (asincrónicos) y otros que se muestran en frecuencias por debajo de la velocidad de giro del eje. Al echar un vistazo en un espectro normalizado en órdenes, se da una buena indicación de la fuente de los picos. La energía sub sincrónica hace referencia a cualquier energía por debajo de la frecuencia de la velocidad de giro del eje. El área sombreada en la Figura 6-15 es la región sub sincrónica del espectro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 1 1

Figura 6-15 El área sombreada es la región sub sincrónica.

Las fuentes de energía en la región sub sincrónica incluyen: • • • • • • •

Otro componente en la misma máquina (la velocidad del abanico de una unidad de abanico accionada por fajas) Otra máquina Frecuencias de faja Inestabilidad hidráulica en el cojinete o en la chumacera (latigazo de aceite o turbulencia de aceite Fricción en el rotor, fricción en el eje, fricción en la rueda del compresor Frecuencias de jaula en el elemento giratorio del rodamiento Solturas severas

La región sincrónica es el número completo de múltiplos de la velocidad de giro (números enteros múltiples). Las regiones sincrónicas se marcan en la Figura 6-16 como áreas sombreadas en cada orden de la velocidad de giro.

Figura 6-16 La energía sincrónica es el área sombreada en los intervalos de orden. La energía sincrónica está en las áreas sombreadas en intervalos de orden.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 1 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Muchas frecuencias de falla generan energía en la velocidad de giro y sus múltiplos. Algunas de estas fuerzas son: • • • • • • • • •

Desbalanceo Desalineamiento Eje doblado Solturas Frecuencias de paso de álabes y aspas Movimiento reciprocante Engranaje Frecuencia paso de ranuras en motores Excentricidad

La energía asincrónica es toda la energía por encima de la frecuencia de giro que no es un entero múltiplo de esta velocidad. La región sombreada en la Figura 6-17 es una región asincrónica.

Figura 6-17 Las área sombreadas son áreas asincrónicas.

La energía no sincrónica son los múltiplos no enteros de la velocidad de giro tales como 3.1x, 5.65x, etc. Las causas de esta energía incluyen: • • • • • • • • •

Otro componente en la máquina Múltiplos den la frecuencia de fajas Defectos en los rodamiento Resonancias del sistema Cavitación Eléctricos Bombas de aceite Superficies corredizas Otra máquina

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 1 3

Al usar la información de esta sección, se pueden hacer análisis rápidos y generalizaciones del espectro usado en las ilustraciones. Ya sea que el dato es de un motor, de una bomba, o de un ventilador, hay un proceso de evaluación que puede seguir una línea de razonamiento que cuestiona las causas potenciales de cada pico y de cada montículo de energía. Cuando el analista conoce la máquina y el punto de medición los datos se generan, muchas posibilidades se eliminarán para estrechar las opciones aún más. Los datos de la onda se pueden ver para confirmar muchas de las preguntas.

Armónicos Uno de los patrones más comunes visto en los datos espectrales es el armónico. Los armónicos son una serie de picos espaciados equitativamente que son múltiplos del primer pico en la serie. El primer pico es conocido como la frecuencia fundamental. En la Figura 6-18 (con un cuadro en la punta) es la frecuencia fundamental de 1785 CPM la cual es la velocidad de giro del eje. Los picos restantes marcados con un triángulo son los múltiplos enteros de esa frecuencia. Estos son los armónicos. La frecuencia fundamental de la serie también es conocida como el primer armónico.

Figura 6-18 Los armónicos son múltiplos se cualquier frecuencia. El primero en la serie es la frecuencia fundamental.

Los armónicos más comunes son múltiplos de la velocidad de giro del eje. Sin embargo, los armónicos pueden ser múltiplos de cualquier frecuencia. La Figura 6-19 muestra armónicos de un pico no sincrónico lo cual podría ser la frecuencia de rodamiento. Los armónicos podrían ser múltiplos de la frecuencia de fajas, u otras frecuencias.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 1 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-19 Los armónicos pueden ser múltiplos de picos asincrónicos como este. ¿Falla de rodamiento?

Recuerda el capítulo 3, los armónicos en el espectro son solo la mitad de la historia. Los armónicos se generan cuando hay cortes, transciendes o impactos aleatorios en la onda. En cualquier caso, cuando los armónicos se presenten, es buena idea observar la onda. La onda asociada al espectro en la Figura 6-19 tiene un impacto de transciende significativo. Podríamos esperar ver armónicos en el espectro.

Figura 6-20 La onda del espectro en la Figura 6-19 muestra las transcientes.

Cuando la onda es medianamente sinusoidal el espectro será dominado por un pico y cualquier armónico será insignificante. La Figura 6-21 es un buen ejemplo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 1 5

Figura 6-21 Las ondas sinusoidales u ondas dominadas por una sola frecuencia no producen armónicos.

Cuando la vibración no es pura, por ejemplo, esta distorsionada, tiene impactos aleatorios, tiene cortes o transciendes, habrá armónicos. La Figura 6-22 tiene impacto aleatorio significativo y produce un espectro con muchos armónicos.

Figura 6-22 Impactos producen armónicos.

La Figura 6-23 es típica de soltura estructural. La onda tiene impacto con transciendes clara. Las autoescalas de onda de 0.4 g´s positivo a menos 1 g. Esta es una situación típica de corte también. El corte ocurre cuando hay más libertad de movimiento hacia una dirección que a la otra. En este caso hay considerablemente más impacto descendiente (lejos del sensor) como el pedestal de rodamiento golpea fuertemente contra la base. Observe como hay armónicos de la velocidad de giro a 25 órdenes.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 1 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-23 El impacto, transcientes y el “clipping” en la onda producen armónicos en la velocidad de giro a 25 órdenes.

Condiciones que pueden producir armónicos incluyen: • • • •

Soltura desalineamiento desgaste de rodamiento fallas en el engranaje

Figura 6-24

Bandas laterales Las bandas laterales son un fenómeno importante que observar (y entender) al analizar maquinaria. Las bandas laterales son el resultado de una modulación de amplitud entre dos señales. Las bandas laterales son comunes al estudiar los elementos giratorios del eje, la caja de engranaje, el sistema eléctrico y algunas otras condiciones de falla.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 1 7

Figura 6-25 Las bandas laterales son picos espaciados equitativamente alrededor de una frecuencia central o pico.

En el espectro, las bandas laterales se semejan a picos espaciados equitativamente, centrados en otro pico llamado “la frecuencia central”. Dependiendo de la situación, nosotros podríamos estar interesados, ya sea en la “frecuencia central”, en la frecuencia de espaciado entre las bandas laterales, o en ambas. La frecuencia central es la frecuencia “transportadora” y las bandas laterales son la frecuencia de “modulación”.

Figura 6-26 La bandas laterales alrededor de un pico central.

Ejemplos de frecuencias transportadoras son: • • •

Frecuencia de engranaje Frecuencia de fallo pista interna Frecuencia de paso de fallas de rotor

Ejemplos de frecuencia de bandas laterales incluyen: • • •

Velocidad de giro Frecuencia de tren fundamental (frecuencia de jaula) Frecuencia de paso de polos

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 1 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-27

Un ejemplo de modulación es un defecto de pista interna en el elemento giratorio del rodamiento. En la Figura 6-28 el patrón de la onda se produce desde el rodamiento con el defecto de pista interna. La onda es separada en sus dos frecuencias componentes. La onda sinusoidal es la velocidad de giro del eje y permanece constante en amplitud. El impacto de frecuencia más alto proviene de un defecto de pista interna. Estos impactos varían la amplitud porque el defecto de pista interna se mueve dentro y fuera de la zona de carga puesto que la pista interna esta atada al eje. Ambas frecuencias se producen porque estas dos frecuencias están encerradas juntas. La pista interna esta encerrada en el eje, así que ésta tiene la velocidad del eje asociada. La frecuencia de las bolas impactando ese defecto es la frecuencia de defecto de pista interna calculado.

Figura 6-28 Los defectos de pista interna producen modulación de amplitud.

Otro ejemplo es el desalineamiento de Engranaje. La modulación ocurre dentro de la caja de engranaje debido a dos frecuencias encerradas juntas. Las dos frecuencias son la velocidad

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 1 9

giratoria del eje y la frecuencia del engranaje. (La frecuencia de engranaje es el número de dientes en un engrane multiplicado por la velocidad el eje).

Figura 6-29 Caja de engranaje con engranes desalineados.

Debido a que el eje está desalineado, las fuerzas una contra otra se modifican cuando el eje gira produciendo una amplitud diversa. Esta amplitud diversa es evidente en el patrón de onda. Vea la Figura 3-30La frecuencia de la modulación es la velocidad del eje en uno de los engranes. El espectro muestra la frecuencia del engrane como la frecuencia central o transportadora. Las bandas laterales se espacian de la frecuencia central en espaciado igual a la frecuencia de una de las velocidades de giro del eje. En este caso, el espaciado de las bandas laterales es la frecuencia del piñón.

Figura 6-30 Modulación de amplitud de engranes desalineados.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 2 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-31 Bandas laterales espaciadas al rededor de la frecuencia del engrane es la velocidad del eje de uno de los engranes.

Ruido de piso espectral Después de validar los datos, de localizar la velocidad de giro, de revisar las tres regiones espectrales, de identificar los armónicos y las bandas laterales; hay un elemento que aún falta por observar: el ruido de piso. En datos espectrales los niveles de amplitud están típicamente cerca del cero, con picos que se proyectan como pequeñas islas montañosas en el mar. El “ruido de piso” es el mar. Este representa la vibración del ambiente (el ruido generado por las máquinas que se encuentran cerca), o un límite inferior del sistema de medición.

Figura 6-32 Revise el ruido de piso.

Sin embargo, por una variedad de razones, siempre habrá casos en los que le ruido de base pareciera levantarse, ya sea a través del espectro entero o en ciertas áreas. Esto es algo que hay que observar.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 2 1

Si el ruido de piso pareciera ser más alto en ciertas áreas del espectro, entonces hay unas cuantas posibilidades. Puede tratarse de un desgaste de rodamiento serio. Cuando el problema se hace peor, mucho del ruido de base se incrementará. La segunda posibilidad es que haya resonancia. Con frecuencia los picos del espectro tienen una base muy ancha y se reflejan como acumulación debido a la resonancia. Si no hay otras señales de desgaste de rodamiento, y el pico en el espectro solamente aparece en un eje (las resonancias son frecuentemente direccionales) entonces esta es una causa probable. Las resonancias se discutirán más ampliamente más tarde.

Figura 6-33 Un piso elevado en regiones puede indicar una condición de resonancia.

La Figura 6-33 es una vista expandida del espectro aproximadamente la velocidad del eje y arriba de 3 órdenes. La acumulación de energía justo arriba de 0.5 órdenes es posiblemente una resonancia estructural. Hay frecuencias de vibración en esa región, pero gracias a la resonancia estructural esas frecuencias se amplifican. Esto incrementa el ruido de piso en esa área y hace que los picos luzcan como si estuvieran asentados en una montaña. La base ancha en la base del pico se asocia comúnmente con la resonancia.

El proceso de análisis ¿Que se puede aprender sobre la máquina teniendo en cuenta el espectro de la Figura 6-34? ¿Existe un problema? ¿Están las vibraciones en niveles normales? ¿Está cambiando el patrón? A pesar de que el espectro se puede validar, los patrones de armónicos, las bandas laterales y el ruido de piso revisados, aún así puede ser difícil saber la seriedad de un problema. Se necesita más información.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 2 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-34 ¿Qué se puede aprender de un solo espectro?

Figura 6-35

En esta sección se discutirá por qué las comparaciones espectrales son necesarias, y por qué se deben examinar un rango de métodos gráficos para realizar estas comparaciones. Los métodos que se verán incluyen aquellos métodos disponibles con el software de análisis iLearninteractive. Y otras opciones que sabemos se encuentran al alcance con sistemas comerciales disponibles. Revise su sistema para saber si estas opciones están disponibles, como se operan y si hay opciones adicionales. Además de aprender de un espectro individual, compárelo con otros datos que se encuentren disponibles: mediciones recolectadas previamente, espectros referenciales, límites de alarma, espectros de otros ejes, espectros de otros sitios de la máquina, y datos del mismo sitio y eje pero de otras máquinas idénticas. Las comparaciones se hacen por dos razones básicas: para saber cómo los datos han cambiado (o como difieren de la “norma”), y para entender el movimiento de la máquina. El monitoreo de condición se basa en el cambio. Podemos pensar que podemos reconocer problemas solamente al mirar un solo espectro, sin embargo si no sabemos cómo se ven normalmente los datos de vibración, o si los niveles o patrones están cambiando, entonces ¿sabremos realmente si existe un problema?

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 2 3

Figura 6-36 ¿Cómo se está moviendo la máquina en los tres ejes?

Sería genial contar con una base de datos universal sobre cómo cada máquina debería vibrar; una referencia que pudiéramos usar para examinar nuestra maquinaria. Pero eso no existe. En su lugar tenemos que usar los datos de pruebas anteriores, la información obtenida de otras máquinas idénticas dentro de la planta, y datos de referencia. Los datos de referencia pueden ser espectros tomados inmediatamente después de un reacondicionamiento (o después de comprar una máquina nueva), o derivados de los datos de base de línea. El espectro y las ondas se revisan para saber si hay cambios, y conjuntamente con la aplicación de nuestros conocimientos en el análisis de vibración y de la máquina podemos identificar el cambio. La segunda razón para comparar los datos de vibración es para entender cómo la máquina, como una estructura, está vibrando. Dado que la máquina completa vibra, los datos se pueden comparar de un eje al otro, y entre puntos para entender mejor el movimiento de la máquina. Sería bueno ser capaces de animar visualmente a la máquina completa en movimiento lento. Exagerando el movimiento para ver de manera clara como está vibrando. Fallas tales como desbalanceo, desalineamiento y resonancias, y en menor medida solturas, se podrían diagnosticar mejor si entendiéramos el movimiento completo. Pero es imposible (no sin software especial y más tiempo del que probablemente tengamos disponible durante la obtención de datos rutinaria), pero podemos hacer mucho con los datos que usted recolecte de manera rutinaria.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 2 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Comparación contra mediciones de referencia El monitoreo de condición confía ampliamente en las comparaciones entre los datos actuales y los datos antiguos. Si es posible saber cuánto han cambiado los datos, y dónde han cambiado (qué frecuencias), entonces eso es una ayuda real. Todos los programas de análisis permiten que las mediciones anteriores sean recordadas. Dando una vista rápida de cuánto los niveles de vibración han cambiado desde el último análisis. Graficas superpuestas La mejor manera de ver los datos es sobreponiendo las gráficas una encima de la otra. Entonces, se puede ver claramente cuánto han cambiado los datos en cada pico del espectro. Tres o cuatro gráficas se pueden desplegar de esta manera y aún seguir la pista de cual espectro se derivo de cada dato. Dado que el objetivo es ver cambios en el nivel, si todos los espectros se despliegan en el mismo nivel. Entonces no hay nada de que preocuparse. Cuando hay un cambio más significativo, entonces es hora de analizar los datos más detenidamente.

Figura 6-37 Planos superpuestos uno en el otro para ver cambios.

Una de las gráficas se puede personalizar, o se puede ver de manera que el cambio pueda resaltar. En algunos programas de software una tendencia del nivel sobre el tiempo en una frecuencia específica está disponible. Con otros programas, las tendencias se definirán por las bandas de alarma que se introduzcan. El objetivo es el mismo, incluso si no existe el mismo nivel o control.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 2 5

Figura 6-38 Tendencias de un área particular del espectro se pueden modificar por un indicador rápido cuando ocurren cambios.

Tendencia Los gráficos de tendencia proveen una rápida mirada a los cambios que están ocurriendo. La Figura 6-39 es una tendencia al nivel de vibración global. Observe como cae a un nuevo nivel bajo.

Figura 6-39 Tendencias de el nivel global de vibración

La tendencia es probablemente la parte más importante del análisis, ya sea que se trate de temperatura, presión, vibración, análisis de aceite, o cualquier otro proceso. Al mirar un solo  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 2 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

valor, una sola onda de tiempo o espectro, el diagnostico de la condición de la máquina podría resultar imposible de deducir; las predicciones incorrectas son costosas. En el análisis de vibración, es necesario aplicar tendencias en las áreas del espectro que nos interesen, por ejemplo, la vibración global, 1xrpm, 2xrpm, 3-8xrpm, engranaje, aspa o paso de veleta, detección de frecuencia alta (HFD por sus siglas en inglés) y cualquier otro que pueda surgir cuando emerge un problema. Cuando una de estas áreas muestra un incremento de valor, entonces comience a analizar el espectro y la onda para saber por qué se está incrementando, y determine el origen del ascenso en los niveles de vibración. Observar solamente el nivel no nos ayuda a determinar qué anda mal, por ejemplo, si el nivel fue de 3mm/seg. a 8mm/seg. no hay nada que nos indique que está ocasionando esto, pero un análisis más profundo del espectro y onda nos dará información para identificar la causa. Por ejemplo, la Figura 6-39 muestra un descenso considerable en el nivel de vibración general. ¿Por qué bajo? No hay manera de saberlo. Todo lo que se ve es que bajo. Entonces la revisión del espectro y los datos de onda se hacen indispensables.

Gráficos sobrepuestos y apilados Otro método de comparación gráfica disponible en algunos programas de software permite a los gráficos espectrales apilarse de manera vertical. La diferencia en nivel de cada pico principal se puede ver de manera clara al mismo tiempo que se observa el espectro completo.

RMS Velocity in mm/Sec

LIQ - HOT WATER PUMP TO 1ST SCR STR 03132 -1H MOTOR D.E BRG

31-JAN-89 14:20

Max Amp 4.12 Plot Scale

18-NOV-88 11:29

4.5 10-NOV-88 12:00 0 04-OCT-88 14:35

23-SEP-88 11:47

0

400

800

1200 Frequency in Hz

1600

09-SEP-88 08:22 2000

Figura 6-40 Los cambios de un conjunto de datos a otro son aparentes cuando se apilan verticalmente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 2 7

Una deficiencia de apilar los planos es que si se introducen datos más grandes no hay suficiente espacio disponible para cada gráfico; estos se contraen dificultando la visibilidad de cada detalle. Una solución a este problema es mostrar el plano en cascada.

Gráficos de cascada

Figura 6-41 Gráficos en cascada de docenas de espectros mostrando los cambios sobre tiempo. Observe que cada espectro tiene fecha diferente.

Una manera popular de estudiar una muestra más grande de espectros es el gráfico en cascada. Este plano se usa para mostrar cómo los picos y los patrones han cambiado en un periodo de tiempo. Los gráficos en cascada revelan mucha información. Nos pueden dar todas las maneras de las tendencias y patrones interesantes. Después de algunos años de datos es fácil saber dónde comenzaron las fallas a desarrollarse y dónde desaparecieron una vez que fueron atendidas (después de una reparación por ejemplo). Además sirven como una excelente revisión histórica de cómo fue el desarrollo de las fallas, y qué niveles se alcanzaron después de la reparación.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 2 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-42 Datos históricos de espectros proveen información sobre la estabilidad y cambios en las frecuencias.

Visualización logaritmica La escala de gráficos logarítmicos se usa con frecuencia para resaltar armónicos, bandas laterales, y otros patrones en los datos. Esto se debe a que la escala logarítmica despliega amplitudes pequeñas en contraste con amplitudes grandes. Además la escala logarítmica es útil también cuando se realizan comparaciones gráficas entre dos conjuntos de datos (o entre datos de frecuencia y datos de referencia). Solo vea la diferencia entre estos dos gráficos – ambos contienen la misma información.

Figura 6-43 Dos espectros sobrepuestos en escala logarítmica. Observe que los armónicos se ven claramente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 2 9

Figura 6-44 Los mismos datos que en la Figura 6-43, pero en escala lineal. ¿Dónde están los armónicos?

Enfoque de análisis de toda la máquina Las máquinas se mueven en tres ejes, vertical, horizontal y de extremo a extremo. Pongámoslo simple, el conocer cómo vibra la máquina completa, resolver problemas de desbalanceo, desalineamiento y resonancias estructurales sería más fácil. Además señalar problemas de rodamiento (identificar cual rodamiento tuvo la falla y qué tornillos estaban flojos) es mucho más sencillo. Estudiaremos cómo la vibración de un punto debería ser comparada con la siguiente, y entre ejes. Compare con otros ejes Al analizar datos de vibración si se sospecha de desbalanceo, desalineamiento y problemas de resonancia, así como otras fallas relacionadas a fuerzas rotacionales, la dirección vertical, horizontal y axial se deben comparar. Las especificaciones de cada tipo de falla se cubrirán en una sección aparte, el hechos es que muchas de estas fallas generaran vibración direccional.

Figura 6-45

Por ejemplo, si se sospecha de desbalance en un simple motor bomba horizontal (por un pico de 1X), entonces debemos confirmarlo observando en los otros ejes.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 3 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

¿Por qué? Porque las fuerzas rotacionales deberían producir una vibración en dirección vertical y horizontal, pero muy poca en sentido axial. Este es un ejemplo simple, Al estudiar la gama de condiciones de falla más a fondo, obtenemos un gran beneficio si tratamos de entender las fuerzas involucradas. Esto nos ayudara a entender por qué mirar en los tres ejes de dirección. Orientación de la máquina Tome en cuenta la orientación de la máquina. Una máquina vertical vibrará diferente que una máquina vertical. Dado que una bomba horizontal restringe el movimiento en sentido vertical en comparación con el horizontal, la vibración vertical y horizontal no es igual. Una bomba vertical, por otro lado es más probable que tenga vibración igual en la radial y la tangencial (las dos direcciones horizontales), a menos que el movimiento esté restringido a un solo modo. Es por esta razón que le recomendamos obtener tanta información de vibración de diferentes ejes como sea posible, ya sea con un sensor triaxial, o muchas mediciones individuales de cada eje. Por supuesto, pruebas adicionales se pueden hacer para confirmar el diagnostico. Compare con otros puntos Ahora que sabemos como el conocimiento de la vibración de la máquina completa nos ayuda a alcanzar un diagnostico, continuamos con las comparaciones que se deben hacer de un punto de la máquina con otros. Por ejemplo, si se sospecha de un problema de desalineamiento, compare las mediciones de ambos lados del acople – de la bomba y el motor. Si se sospecha de un problema de desalineamiento de flexibilidad, revise el espectro en diferentes puntos del mismo componente de la máquina para ver si tienen niveles más altos en la misma dirección. Si una máquina esta “botando” hacia arriba y hacia abajo, entonces espere que todas las mediciones verticales sean altas a la frecuencia de resonancia. La línea final es que cuando las condiciones de falla diferentes se vuelven familiares, piense en cómo la máquina completa vibrará, y entonces adapte las mediciones y el análisis de manera coherente. Compare con otras máquinas Con frecuencia es útil comparar los datos de una máquina con otra. Estas comparaciones nos ayudan a entender lo que es normal para una máquina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 3 1

Figura 6-46 Compare las Unidades 1 y 2.

En este ejemplo, una comparación entre dos máquinas idénticas revelan patrones un tanto diferentes – indica que una tiene un más pico de paso promedio de aspas más alto (a 6x), y la otra tiene un pico alto de velocidad de giro. Sin esta referencia es difícil saber qué es lo normal para esta bomba.

Figura 6-47 Compare la unidad 1 y 2. ¿Cuál es normal? El pico 6x es más alto que la unidad 2.

Figura 6-48 ¿El pico 1x en la unidad 1 o en la 2 normal para esta bomba?

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 3 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Frecuencias naturales y resonancia Las tuberías, bases, y maquinaria rotativa en cada planta tienen frecuencias naturales. Si están bien diseñadas, las frecuencias naturales no son estimuladas (mucho). Sin embargo, si por casualidad una máquina está montada en una estructura que tiene una frecuencia natural igual a la velocidad del motor, los niveles de vibración se incrementarán considerablemente – habrá una resonancia. Las resonancias amplifican la vibración. ¡Los niveles de vibración medidos podrían ser 3 o 50 veces más altos de lo que son normalmente! Así que, en lugar de vibrar a 0.5 mm/seg., por ejemplo, la máquina podría vibrar más de 25mm/seg. El potencial de una falla estructural o una falla catastrófica en la máquina es alto.

Figura 6-49 Todas las estructuras y máquinas en cada planta tienen frecuencias naturales

Por definición, la frecuencia natural es: “La frecuencia de la vibración libre de un sistema. La frecuencia a la cual un sistema no amortiguado con un solo grado de libertad oscilará en desplazamiento momentáneo del resto de su posición”.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 3 3

Figura 6-50 Más del 50 % de las fallas de maquinaria se afectan por la resonancia.

En términos simples, si la energía pudiera ser inyectada a todas las frecuencias en una estructura, ésta vibrará en sus frecuencias naturales. Cuando una frecuencia natural se altera, la estructura resuena, y las amplitudes de vibración se amplifican. De este modo la tensión se puede incrementar por encima de 100 veces (comparado con la tensión de una más alta o más baja frecuencia que la frecuencia natural). Más del 50% de las fallas de la maquina pueden ser afectadas por la resonancia. Por lo tanto, es muy importante entenderla, saber como detectarla y cómo corregirla. Cada máquina y estructura de su planta tiene “frecuencias naturales”. Si las máquinas y las estructuras están correctamente diseñadas, estas frecuencias naturales no afectarán la operación o confiabilidad de su equipo. En realidad, una amplia variedad de condiciones de falla son causadas o afectadas por la resonancia. Excitación: En un sistema mecánico vibratorio, la fuerza o fuerzas que causan la vibración se llaman fuerzas de excitación. Si un sistema mecánico, como una máquina, es excitado a una frecuencia particular, este vibrará a esa frecuencia, y la vibración se puede percibir casi en cualquier lado de este. El análisis de maquinaria usa este hecho básico, por ejemplo, cuando una pista de rodamiento quebrada causa una fuerza en el alojamiento del rodamiento en su frecuencia característica, este se puede sentir por un transductor de vibración y, por lo tanto, la ruptura se puede detectar. Una frecuencia natural es la frecuencia en la cual a una parte le gusta vibrar. Cuando haya vibraciones de falla, aparecerá una amplificación resonante. Los defectos mecánicos coinciden con las frecuencias naturales en un sistema. Una resonancia, un pequeño cambio en la excitación de defectos mecánicos pueden producir un cambio significativo de las vibraciones. El monto de amplificación depende de las características del sistema de amortiguamiento.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 3 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Los ejemplos de resonancia están a nuestro alrededor: • • • •

Las cuerdas de una guitarra vibran a sus frecuencias naturales Los timbres suenan a su frecuencia natural Las masas en resortes rebotan a su frecuencia natural Las barras en voladizo vibran a su frecuencia natural

Figura 6-51 Las barras en voladizo vibran en su frecuencia natural.

ODS (deflexión de formas operacionales) Una deflexión de formas operacionales (ODS) es una prueba no intrusiva que se usa para analizar los movimientos del equipo rotativo y estructuras bajo condiciones de operación normales. Un ODS, es una extensión del análisis de fase. En un ODS, modelos generados por computadora de una máquina son animados usando la fase y magnitud medidos durante operación normal. Si las funciones de respuesta de frecuencia se miden con analizadores de doble canal, la estructura puede ser animada en cualquier frecuencia de interés. Un sistema de masa en resortes oscila en su frecuencia natural. Esta frecuencia es su frecuencia de resonancia. Cuando el resorte se estrecha este impacta hacia atrás y la oscilación comienza. Podría parecer que disminuye en frecuencia cuando comienza a estabilizarse. Sin embargo, en realidad la frecuencia es la misma pero la amplitud decae. Observe la Figura 6-52.

Figura 6-52 Un sistema de masa en resortes oscila (resuena) en su frecuencia natural.

La resonancia no siempre se afecta durante condiciones normales de ejecución. Si no hay fuerza de estimulación en la frecuencia resonante, entonces no hay respuesta en el sistema. Si no hay respuesta, no hay problema de resonancia.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 3 5

Partes diferentes de la máquina pueden resonar. Las frecuencias naturales pueden o no coincidir con la velocidad de ejecución. El alojamiento del abanico, la base, la estructura de soporte del ventilador, el motor, o cualquier otra parte tiene su frecuencia natural en la cual resonara si es estimulada. Como el abanico de la Figura 6-53 comienza y corre a una velocidad de 1x el abanico o el motor pueden estimular varias partes cuando su velocidad pase a través de sus frecuencias naturales. Cuando pasa por sus frecuencias naturales, los componentes resonarán en algún grado y pueden ser muy notables. En cuanto la velocidad se incrementa pasa la frecuencia natural y la máquina vuelve a la normalidad. Comúnmente la resonancia se convierte en problema cuando coincide con la velocidad de giro o con una fuerza vibratoria en la velocidad de giro, tales como un armónico de velocidad de giro. Entre más se estimule la resonancia, más daños puede ocasionar. La resonancia estructural puede conducir a una ruptura en las uniones de soldadura, un debilitamiento en cualquier componente, la ruptura de partes fundidas, y mucho más.

Figura 6-53 Cada parte de la máquina tiene una frecuencia resonante pero puede no resonar en la velocidad de giro.

Además de la resonancia de estructura, otras partes pueden resonar, por ejemplo, las fajas. La frecuencia natural puede ser afectada por 3 variables: • • •

La masa La rigidez El amortiguamiento

El incremento de masa mueve la frecuencia natural a una frecuencia más baja. El incremento de la rigidez mueve la frecuencia natural a una frecuencia más alta. El incremento de la amortiguación no mueve la frecuencia natural, pero actúa como un amortiguador y baja la amplitud.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 3 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-54 La barra en la que el eje de abanico está montado puede resonar en la velocidad de giro.

Por ejemplo, el eje del abanico en la Figura 6-54 está montado en una barra que puede tener una frecuencia natural en la velocidad de giro. Si es así, puede ser muy destructivo y eventualmente se puede descomponer. Cualquier desbalanceo en el ventilador será la fuerza que estimule la resonancia. La resonancia puede ser tan poderosa que una flexión en la barra se puede observar. La respuesta de la resonancia se puede reducir substancialmente si se hace un balanceo preciso en el abanico. Si se corrige completamente el desbalanceo del abanico no habrá fuerza de estimulación que afecte la frecuencia natural. Otro escenario es que la barra de montaje pueda tener una frecuencia natural en algún lado por debajo de la velocidad de giro. Cuando el ventilador incrementa la velocidad o la reduce hasta detenerse, esto pasará a través y estimulará la frecuencia resonante. Se puede agitar severamente cuando pasa por esas frecuencias. Por otro lado, la frecuencia natural puede estar por encima de la velocidad de giro y no habrá efectos notables cuando incrementa o disminuye su velocidad. La estructura del abanico no es la única parte de la máquina que puede resonar. La Figura 6-55 muestra las bandas del abanico sacudiéndose. Las fajas se pueden agitar muy fuertemente y luego alisarse, repitiendo el círculo una y otra vez. Las fajas se sacuden, luego se recobran rápidamente, como si se tratara de un látigo. Las fajas también chasquean a dentro y afuera de las poleas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 3 7

Figura 6-55 La fajas pueden resonar y causar un daño.

La resonancia de las bandas puede destruirlas. El movimiento chasqueante y de latigazo empuja la polea y coloca fuerzas excesivas en el rodamiento. La maquinaria de la planta no es el único lugar donde las frecuencias naturales y la resonancia pueden ser un problema. A continuación dos ejemplos muy diferentes.

Figura 6-56 El puente de Tacoma se balanceaba a causa de los fuertes vientos hasta que finalmente colapsó.

A lo largo de la historia encontramos ejemplos de frecuencias naturales que fueron afectadas por fuerzas particulares ocasionando daños extremos. Un ejemplo es el puente Tacoma Narrows, un puente suspendido en Tacoma, Washington. Fue entregado en 1940 y solamente cuatro meses después colapsó. Vientos fuertes hicieron que se balanceara, lo cual originó su apodo “Galloping Gerty”. Después de tan solo cuatro meses de servicio, el puente sucumbió. Otro tipo de resonancia, refiriéndonos a la resonancia de suelo, es la fuerza responsable de la destrucción de helicópteros mientras se encuentran en tierra pero aún funcionando.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 3 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-57 Un helicóptero CH-47 se destruyó como consecuencia de la resonancia de piso.

El CH-47 que se muestra en la Figura 6-57 fue autodestruido en una prueba. El video se puede ver en la dirección www.Military.com y en otros sitios de Internet. Al hacer investigaciones de resonancia de piso se obtienen muchos resultados respecto a esto.

Velocidad crítica El término velocidad crítica se usa comúnmente para referirse a rotores grandes, como las grandes turbinas de vapor. Estos son rotores flexibles. En cuanto el rotor se aproxima a su frecuencia natural se comienza a doblar. Cuando la máquina RPM coincide con el primer modo de vibración, esa velocidad se llama “fuerza crítica”.

Figura 6-58 Rotores grandes y flexibles tienen velocidades criticas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 3 9

La vibración se incrementa dramáticamente aproximándose a la velocidad crítica. Cuando estas máquinas aumentan su velocidad éstas deben correr a través de la velocidad crítica rápidamente para evitar daños catastróficos. El estudio de velocidades críticas es complejo y sale del propósito de este curso. El punto es que la máquina no debería ser operada dentro del 20% de la velocidad crítica.

¿Por qué son importantes las resonancias? Cuando una frecuencia natural se estimula, la estructura resuena. La amplitud de la vibración se incrementará de manera significativa, así la tensión de la máquina se incrementa significativamente. La tensión incrementada reduce la vida útil de los componentes de la máquina y las estructuras. Las soldaduras se cuartean, el metal se debilita, los rodamientos fallan y muchos problemas más surgen. Las lecturas de vibración serán más altas en amplitud en el rango de frecuencia afectado por la resonancia, encima de 50 veces más altas. Esto puede conducir a un mal diagnóstico en la falla.

Figura 6-59 El montículo de energía alrededor de los picos en la caja se deben a la resonancia.

En la Figura 6-59, el montículo de energía alrededor de los picos en el rango 30 a 70 Hz se debe a la resonancia. La mayoría de este montículo es el ruido de base amplificado.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 4 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-60 Las barras en voladizo doblándose en su segundo modo.

Anteriormente en esta sección se uso una barra en voladizo para demostrar el efecto de las frecuencias naturales incluyendo el modo segundo u tercero. La flexión se debe a la resonancia así como a las tres frecuencias naturales que fueron estimuladas. ¿Qué pasaría si esta barra fuera de hecho un soporte en voladizo para un motor o un abanico en su planta? Si la vibración del motor de casualidad coincide con una de estas tres frecuencias naturales (hay de hecho más de tres frecuencias), la estructura resonaría, y por lo tanto los niveles de vibración en el motor será más alta de lo normal. Y recuerde, la velocidad del motor no tiene exactamente una frecuencia natural igual, esta muy cerca, y/o cualquier otra frecuencia de fuerza puede coincidir (2x velocidad de ejecución, frecuencia de paso de alabes, frecuencia de rodamiento, etc.

Figura 6-61 Un motor en voladizo.

Si el motor o el abanico montados en una estructura en voladizo están bien balanceados, la precisión alineada, los rodamientos en perfectas condiciones y no hay problemas fe desgaste o turbulencia, entonces cuando están montados en esta barra, los niveles de vibración en el motor serán correctos. Las frecuencias naturales no son excitadas, entonces no habrá resonancia. Pero si la máquina desarrollara una falla, de desbalanceo, desalineamiento, etc., y la frecuencia de fuerza coincidió con la fuerza natural, el modo correspondiente sería estimulado y la máquina o estructura resonaría y los niveles de vibración se ampliarán.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 4 1

Solución de resonancias estructurales Las resonancias estructurales son un problema común especialmente en máquinas montadas en una base de metal. Observe la Figura 6-22. La base no es lo suficientemente rígida y las fuerza de la máquina funcionando causan un doblamiento o deslizamiento. Esto afecta la alineación y causa problemas con la resonancia.

Figura 6-62 Los problemas de resonancia son comunes es máquinas montadas como en la fotografía.

Hay tres maneras de mover o reducir las frecuencias de resonancia: • • •

Cambio de rigidez. Al incrementar la rigidez mueve la frecuencia natural a una frecuencia más alta. Cambio de masa. Al incrementar la masa se mueve la frecuencia natural a una frecuencia más baja. Cambio de amortiguación. Al agregar amortiguadores se baja la amplitud a la amplitud de vibración. Esto es lo que los amortiguadores hacen.

Los problemas asociados con las máquinas montadas como lo muestra la Figura 6-62 se pueden solucionar llenando las bases con concreto y separando las bases. Vea la Figura 6-63.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 4 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-63 Máquinas separadas en bases separadas.

Soluciones para bombas en voladizo Las bombas en voladizo son vulnerables a movimientos de balanceo vertical y axial lo que ocasiona alta vibración en sentido vertical.

Figura 6-64 Soporte añadido bajo la unión.

Debido a un soporte inadecuado se puede tener una resonancia oscilante, con alta vibración vertical y probablemente axial. La solución es un tanto simple – añada soportes bajo la brida. Esto endurece la máquina verticalmente, así la resonancia ya no será un problema. El soporte no tienen que ser soldados o atornillados al piso; la máquina se puede colocar de tal manera que la altura se pueda ajustar a la perfecta aplicación.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 4 3

Muchas máquinas tienen un alto grado de flexibilidad en sentido horizontal debido a la falta de rigidez s esa dirección. Al incrementar la rigidez se reducen los niveles de vibración.

Figura 6-65 Bases de una máquina endurecidas con apuntalamiento.

La máquina en la Figura 6-65 ha sido fijada soldando un apuntalamiento fuera y bajo de la base. Esto resuelve el problema asociado con bases débiles.

Desbalance Hay dos tipos de desbalanceo: • •

Desbalanceo de fuerza o estático Desbalance par

Desbalance de masa El desbalance es una condición donde un eje centrilíneo geométrico y la masa centrilínea no coincide.

“Desbalance – un eje centrilíneo geométrico y la masa centrilínea no coinciden” Otra manera de describirlo es que el centro de la masa no cae es el eje de rotación. En otras palabras, hay un punto más pesado en algún lugar a lo largo del eje. El punto más pesado en el rotor produce una fuerza centrífuga en los rodamientos cuando éstos giran, y esta fuerza cambia suavemente en cada revolución del rotor.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 4 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Fuerzas de desbalanceo • • •

Poner tensión en los rodamientos y sellos Estimulo de resonancias Problemas exacerbados de soltura

Estas condiciones de falla “colaterales” se reducen o se eliminan cuando el mantenimiento de precisión se practica. (Vea el capítulo uno sobre las practicas de mantenimiento). Las máquinas balanceadas con precisión son más confiables. El balanceo de precisión es mucho más importante para máquinas de alta velocidad porque las fuerzas generadas debido a que el desbalanceo es mucho más altos a velocidades más altas. (Vea el capítulo tres).

Sobre el desbalance En un rotor perfectamente balanceado, el centro de la masa es el mismo que el centro de rotación. El “centro de masa” es el punto sobre el cual la masa es distribuida equitativamente. • •

El “centro de geometría” es la línea a través del eje y los rodamientos. El “centro de masa” es el punto sobre el cual la masa se distribuye equitativamente.

Sin embargo, si el centro de la masa no es el mismo del centro de precisión, el rotor no está balanceado. En el ejemplo de la Figura 6-66, un peso fue añadido y éste movió el centro de la masa del centro de rotación.

Figura 6-66 Desbalanceo de masa-el centro de la masa no está en el centro de rotación.

Si el rotor se coloca en dos filos de cuchillo, este roraría y se detendría cuando la masa, o un punto pesado, se encuentra en la base. Esto se conoce como “desbalance estático”, o “desbalance de fuerza”

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 4 5

Si el rotor pudiera girar en espacio, giraría alrededor de la masa de centro. Vea los círculos de líneas entrecortadas en la Figura 6-67. Al forzarlo a rotar alrededor del eje (dentro de los rodamientos) esos rodamientos, y el resto de la máquina, están sujetos a una gran presión.

Figura 6-67 El rotor quiere girar alrededor del centro de la masa pero es forzado a girar alrededor del eje.

Causas del desbalance Hay un gran número de razones por las que una máquina se encuentra desequilibrada. Por supuesto, si una máquina no fue correctamente equilibrada, debido a un pobre entrenamiento o falta de equipo apropiado (y tiempo), entonces la máquina permanecerá desequilibrada y un daño de sellos y rodamientos es muy probable que ocurra.

Figura 6-68

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 4 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Hay muchos orígenes del desbalance. Éstos incluyen: • • • • • • • • • • • • • •

Componentes dañados Defectos de fabricación Acumulación desnivelada de suciedad en los ventiladores Falta de homogeneidad en el material, especialmente en fundiciones, por ejemplo, burbujas, secciones porosas, aberturas de golpe. Diferencia en dimensiones en el aparejamiento de las partes, (por ejemplo, el eje y el taladro) Rotor excéntrico Rotor cuarteado Doblado de rodillos (en rodillos para papel) Errores de mecanizado Distribución de masa desnivelada en los bobinados eléctricos Corrosión desnivelada o erosión en los rotores Pesos sin balance Llave incorrecta Calor excesivo o desnivelado

Figura 6-69

Diagnostico de desbalance de masa Un rotor desbalanceado generará una vibración en la frecuencia de la velocidad de giros del eje debido a la fuerza centrifuga del desbalance de masa. Esto se estudió en el capítulo 3 con el ejemplo de una moneda colocada en un aspa del abanico. Por lo tanto se espera que una máquina con condición de desbalance genere una onda sinusoidal y un pico dominante en el espectro de la velocidad de giro del eje (1x).

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 4 7

Figura 6-70 El desbalance genera un pico de 1x

Comúnmente otras causas de vibración están presentes cuando la onda no tiene una onda sinusoidal pura es muy sinusoidal. Vea la Figura 6-71. Esas otras causas de vibración pueden ser soltura, desalineamiento, rodamientos, etc.

Figura 6-71 La onda de desbalance es principalmente sinusoidal.

Casi siempre hay un desbalance residual, por lo tanto casi siempre hay un pico 1x. Si el espectro es dominado por 1x y la amplitud es alta, sospeche entonces de un desbalance de masa.

Figura 6-72

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 4 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Cada rotor (abanico, bomba, etc.) tendrá un desequilibrio residual – nada está perfectamente equilibrado. Como resultado, habrá un pico en 1x, y si el resto de la máquina se encuentra “en calma”, el pico 1x aún podría dominar el espectro, y la onda de tiempo parecerá sinusoidal. Por lo tanto, se tiene que determinar si el desbalance representa un problema basándose en los niveles de amplitud.

Severidad del desbalance Recuerde que en el capítulo 3 dijimos que al incrementar la velocidad de una condición de desbalance también se incrementa el monto de vibración. Este incremento no es lineal pero más bien, se incrementa proporcionalmente al cuadro de la velocidad.

Figura 6-73 Al incrementar la velocidad se incrementa la amplitud en proporción al cuadro de velocidad.

Desbalanceo estático Desequilibrio o fuerza estática tiene el efecto de red punto pesado en el rotor. Cuando el rotor se coloca en filos de cuchillo sin fricción de manera que pueda girar libremente, éste girará para que el punto pesado esté en la posición más baja. Al girar, el desequilibrio estático da como resultado fuerzas de 1X en ambos rodamientos del rotor, y las fuerzas de ambos rodamientos están siempre en la misma dirección. Las señales de vibración están “en fase” uno con el otro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 4 9

Figura 6-74

Un desbalance estático puro produce un pico fuerte de 1X en el espectro de vibración, la amplitud de la cual es proporcional a la severidad del desbalance y el cuadro de RPM. Los niveles relativos de la vibración 1X en los rodamientos dependen de la localización del punto pesado a lo largo del rotor.

Desbalance par El desbalance par es una condición donde hay dos masas de desequilibrio iguales en los lados opuestos del rotor, pero con 180 grados de oposición uno del otro.

Figura 6-75 El desbalance par tiene 2 masa iguales en los lados opuestos de 180 grados de distancia.

Un rotor con desbalance par puede estar estáticamente balanceado (éste podría parecer perfectamente balanceado en una condición estacionaria cuando se coloca en rodamientos sin fricción). Pero cuando gira, produce fuerzas centrífugas en los rodamientos, y ellos estarán en fase opuesta. El espectro de vibración parecerá la misma del desbalance estático; solamente una medición de fase nos ayudará a distinguir entre desbalance estático y desbalance par. El desbalance parecerá ser más fuerte en posición horizontal que en posición vertical debido al incremento de flexibilidad en esa dirección.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 5 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-76 Las lecturas de fase del desbalance par de extremo a extremo están 180 grados fuera de fase.

Podría haber alguna vibración axial en 1x pero ésta es usualmente moderada en comparación a las direcciones radiales.

Desbalance dinámico En la práctica común, un desbalance par puro es extraño de encontrar en la maquinaria de la planta. En su lugar podemos hallar una combinación de desbalance estático y desbalance par. Esta condición se llama desbalance dinámico El desbalanceo dinámico no se puede corregir en un plano.

Figura 6-77 El desbalance dinámico tiene un 1x alto. Las lecturas de fase de extremo a extremo no estarán en fase ni 180 grados fuera de fase.

Análisis espectral de desbalance La forma de onda debería ser sinusoidal y con un gran pico 1X en el espectro. Esta característica de vibración está en las direcciones radiales, por ejemplo, la vertical y la horizontal.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 5 1

El nivel de vibración medido en 1X depende de la rigidez de la montura de la máquina, así como de la cantidad de desbalanceo; las máquinas montadas con resortes muestran más de 1X que las máquinas montadas solidamente en el mismo grado de desbalanceo. Los niveles 1X vertical y horizontal deberían ser comparados. Entre más iguales sean, lo más probable que es que la causa sea el desbalance. En cualquier caso, la dirección en la cual la máquina tiene menor rigidez será la dirección del nivel más alto 1X. Por lo tanto, la vibración horizontal será más alta que la vertical.

Desbalance en máquinas en voladizo Bombas en voladizo y abanicos son comunes en la industria. Examine la maquinaria rotativa para asegurarse si un componente está en voladizo o apoyado en ambos lados por rodamientos. En una máquina en voladizo se presenta un nivel de vibración alta 1X, a pesar de este tiempo, estará presente en dirección axial también como en las direcciones vertical y horizontal. Las mediciones deberían tomarse desde el rodamiento más cercano a la propela en voladizo a las aspas del abanico.

Figura 6-78 Configuración de un máquina en voladizo.

El 1X alto en la axial está presente porque el desbalance crea un momento de inflexión en el eje, causando que el alojamiento del rodamiento se mueva axialmente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 5 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-79 Desbalance en una máquina en voladizo.

Asegúrese de obtener datos cerca de las aspas del ventilador o de la veleta del impulsor. Los datos de fase en estos dos rodamientos en dirección axial deberían estar en fase. Caso de estudio: Bomba de trasiego de ceniza El nivel de vibración en la frecuencia 1X (2.17 p. / seg.) se ha incrementado sobre un periodo de tiempo. Esto podría deberse a un aumento desnivelado de ceniza en la propela de la bomba o la corrosión o erosión en ella.

Figura 6-80 1x incrementado sobre tiempo. Es 2.17 p. / seg.

Puede ser posible también que el daño continuo a los pies o a la base ha causado que la máquina este más flexible horizontalmente. Sin embargo, dado que el nivel vertical también se ha incrementado, podría sugerirse que no es la condición de balance responsable del incremento en la amplitud, y no en un debilitamiento de la estructura cambiando la rigidez horizontal (por ejemplo, afectando la flexibilidad horizontal).

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 5 3

Balanceo en sitio Se puede balancear las máquinas en el lugar donde están colocadas o en un taller. La mayoría de los colectores de datos de vibración tienen capacidades de balanceo.

Figura 6-81 Balancear maquinaria requiere amplitud y lectura de fase.

Se requiere tener lecturas de amplitud y de fase. Un Tacómetro de foto o un tacómetro láser se pueden usar para las lecturas de fase. Las lecturas de vibración se hacen con un transductor estándar. La fase y la vibración se representan con vectores en un plano polar. La longitud del vector representa la cantidad de vibración y la dirección es la fase o sentido de la vibración. La lectura original es 6 mils en 30 grados. El objetivo del proceso de balanceo es conducir el vector original a cero. Si la longitud del vector es cero, la dirección no es importante porque no hay amplitud de vibración. Un ensayo de peso se añade y la vibración re reduce a 4 mils en una dirección de 130 grados representada por el vector 0+T.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 5 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-82 Los vectores representan en monto y dirección de la vibración.

El efecto del ensayo de peso se representa por la longitud del vector T. Había mucho peso en un ángulo incorrecto. Se hacen cálculos para señalar la cantidad correcta y la localización. El ensayo de peso se remueve y la Corrección de Peso se enciende. Los resultados reducirían la vibración a niveles aceptables. Si se necesita reducir más los niveles, la Corrección de Peso permanece encendida y peso de afinamiento adicional se añade. Rotores angostos se pueden balancear en un plano, mientras que los más anchos o grandes necesitan dos o más planos de corrección.

Desalineamiento El desalineamiento es la causa de la mayoría de las descomposturas de la máquina: fallas en los rodamientos, daños en los sellos, ejes y acoplamientos. De hecho, se cree que el 50% de las fallas en las máquinas se deben a desalineamiento. La alineación exacta incrementa la vida útil de la maquinaria significativamente. El desalineamiento añade carga en forma de tensión y fuerzas a los rodamientos. Un incremento de 20% reduce la vida del rodamiento a la mitad. Duplicar la carga reduce la vida útil a una séptima parte. El desalineamiento daña los sellos y los rodamientos. Los ejes y los acoples se pueden romper. La inactividad, los repuestos y la mano de obra son caros – e inevitables.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 5 5

Figura 6-83 El desalineamiento es responsable de la mitad de las fallas en la maquinaria.

Los sellos son artículos costosos, el costo equivale a más de un tercio del precio total de la bomba. Además, el desalineamiento de la máquina ocasiona fallas prematuras en los sellos debido al incremento de carga. Los sellos no soportan el desalineamiento: la fricción frontal, las temperaturas elevadas y el ingreso de contaminantes que dañan rápidamente los componentes costosos. La vida de un sello se puede acortar en un 30 % a un 50%. Si los dos ejes de una máquina están correctamente alineados, hay menos tensión en los sellos, los rodamientos, los ejes y en los acoplamientos de la máquina. La máquina corre más suavemente, y el consumo de energía se puede reducir. Todos estos factores ayudan a incrementar la vida útil del equipo, y por lo tanto, también reducen la inactividad no planeada y daños catastróficos.

Definición de desalineamiento “Los ejes se encuentran desalineados cuando sus centrilíneas rotacionales no son colineales al momento de que la máquina está operando bajo condiciones normales” A menos de que se tomen precauciones especiales en la instalación los ejes no estarán colineales. Habrá desalineamiento. Los ejes estarán desbalanceados vertical u horizontalmente uno del otro y habrá un ángulo entre las dos centrilíneas del eje.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 5 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-84 El desalineamiento hace que los ejes se doblen.

Las dos máquinas de la parte superior en la Figura 6-85 vistas desde la parte superior muestran los dos tipos de desalineamiento. El primero se llama desalineamiento angular y el segundo desalineamiento paralelo. Las dos ilustraciones de la parte inferior son de un lado de la máquina. La primera muestra una desalineamiento angular y la otra una desalineamiento paralelo.

Figura 6-85 Tipos de desalineamiento.

La única manera de asegurarse de que los ejes estén colineales es primero cerciorarse de que la máquina tenga buenas bases, de que no haya problemas de soportes suaves, de solturas, de corrida, o cualquier otro problema; y luego hacer las mediciones (con indicadores de comparación de carátula o con herramientas de alineación láser) para determinar donde están localizadas las centrilíneas del eje una respecto a la otra. Entonces, uno de los componentes de la máquina se mueve de tal modo que las centrilíneas del eje estén colineales.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 5 7

Figura 6-86 Desalineamiento paralelo.

Cuando las centrilíneas desalineadas del eje están paralelas pero no coinciden, se dice que el desalineamiento es paralelo (offset). Cuando los ejes desalineados coinciden en un punto pero no son paralelos, entonces hay una desalineamiento angular (u soltura de desalineamiento).

Figura 6-87 Desalineamiento angular.

Casi todas las condiciones de desalineamiento vistas en la práctica son una combinación de estos dos tipos básicos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 5 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Diagnóstico de desalineamiento angular El desalineamiento angular produce un momento de inflexión en cada eje, y esto a su vez genera una fuerte vibración en 1X y alguna vibración en 2X en dirección axial de ambos rodamientos. Además habrá niveles radiales fuertes (vertical y horizontal) en 1X y 2X) 1X y 2X, sin embargo estos componentes estarán en fase. Observe la Figura 6-88.

Figura 6-88 Patrones de desalineamiento angular en dirección axial y vertical.

La vibración está 180 grados fuera de fase a través del acoplamiento en dirección axial, y en fase en dirección radial. Los acoplamientos desalineados comúnmente producirán altos niveles axiales 1X en los rodamientos, Así como en los otros extremos del eje. Esto significa que usted puede recolectar la lectura axial en los rodamientos fuera de borda del motor o bomba, y al mismo tiempo detectar una desalineamiento.

Diagnostico de desalineamiento paralelo El desalineamiento paralelo produce una fuerza de corte y un momento de inflexión en el extremo de acoplamiento de cada eje. Los altos niveles de vibración en 2 X como los de 1X se producen en dirección radial (vertical y horizontal) en los rodamientos de cada lado del acoplamiento. Más frecuentemente los componentes 2X serán más altos que los 1X.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 5 9

Figura 6-89 Desalineamiento paralelo.

Los niveles axiales 2X y 1X serán bajos por el desalineamiento paralelo pura. La vibración está 180 grados fuera de fase a través de los acoplamientos en dirección axial, y fuera de fase en dirección radial. La mayoría de casos de desalineamiento son una combinación de desalineamiento angular y paralelo. El diagnostico, como regla general, se basa en la vibración dominante en dos veces la frecuencia rotacional (2X) con niveles de frecuencia incrementada (1X) actuando en dirección axial y en dirección vertical u horizontal. Los problemas de acoplamiento flexible añadirán armónicos 1X y 2X. En realidad, el desalineamiento produce una variedad de síntomas en diferentes máquinas; cada caso se debe diagnosticar individualmente, basándose en una comprensión de las causas. Desalineamiento severo Además de los picos 1X y 2X, un pico fuerte 3X se asocia comúnmente al desalineamiento. (Armónicos de orden más elevado son frecuentes cuando el desalineamiento es más severo). ¿Desalineamiento o soltura? Usualmente podemos confundir los armónicos con soltura, sin embargo, los armónicos no serán tan fuertes y el ruido de piso no se incrementará. ¿Desalineamiento o desbalance? Una forma de distinguir el desalineamiento del desbalance es incrementar la velocidad de la máquina. El nivel de vibración causado por el desbalance se incrementará en proporción al cuadro de velocidad, mientras que la vibración originada por el desalineamiento no cambiará. Por supuesto, esta no es una prueba que se pueda realizar en todas las máquinas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 6 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-90 ¿Desalineamiento o desbalance?

Otro examen que se puede realizar es poner en marcha un motor sin acoplamiento. Si aún hay un alto 1X, entonces el motor está desbalanceado. Si el 1X desaparece, entonces ya sea que los componentes de la unidad tengan un problema de desbalance, o que sea un problema de desalineamiento. Cada prueba por pequeña que sea nos provee pistas adicionales.

Figura 6-91 Los rotores en voladizo generan un pico 1x.

Recuerde siempre que los componentes en voladizo generarán también una vibración axial alta 1X, y un eje doblado se puede confundir fácilmente con desalineamiento. Así que piense de manera cuidadosa y descarte el desbalance y un eje doblado antes de decir que hay problemas de desalineamiento. Caso de estudio: Bomba de agua refrigerante #2 Esta máquina es un motor eléctrico 20 HP AC dirigiendo una bomba centrífuga a través de un acoplamiento flexible. La velocidad de rotación de un motor nominal es de 3550 RPM. Hay 6 veletas en la propela de la bomba.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 6 1

Figura 6-92 Bomba de agua refrigerante #2

Los datos de la dirección vertical muestran un 1X alto y moderado a un 2x alto.

Figura 6-93 1x y 2x alto en la dirección vertical.

El dato vertical de la bomba tiene un pico alto 1X, y moderado a vibración alta 2X. El 2X alto es nuestro primer indicio. La dirección vertical lo confiarma más. Observe la Figura 6-94. La Figura 6-94 tiene un 1X y 2X altos, y es un 2X puro (el marcador armónico se sitúa en la cima del pico 2X). Hay además un pico 3X pequeño. Pero ¿qué revelan los datos axiales).

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 6 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-94 Horizontal tiene un 1x y 2x

La dirección axial tiene un 1x alto y un 2x moderado.

Figura 6-95 Axial con un 1x alto y un pico 2x moderado.

Note que la gráfica de escalas es diferente – la amplitud del pico 1X es de hecho más baja que los niveles observados en los ejes vertical y horizontal.

Solturas mecánicas La soltura mecánica genera picos en 1x. De hecho encontramos tres tipos de soltura que hay que tomar en cuenta: • • •

Solturas rotacionales Solturas estructurales Soltura no rotacionales

Las solturas rotacionales se causan por una excesiva colgadura entre los elementos giratorios y los elementos estáticos de una máquina, por ejemplo en los rodamientos; mientras que la

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 6 3

soltura no rotativa es una soltura entre dos partes estáticas, por ejemplo, el soporte y la base, o un alojamiento del rodamiento y la máquina. Solturas estructurales ocurren cuando hay debilidad en la base, fundición o patas, y la máquina se balancea de un lado a otro.

Solturas rotacionales Las solturas rotacionales se pueden originar por un desgaste en un rodamiento. Otros síntomas de desgaste de rodamiento se detectan primero seguidos de una soltura de rodamientos. El espacio libre excesivo entre el cojinete y el rodamiento (soltura de rodamiento) produce armónicos de 1X que se pueden extender, en algunos casos, por encima de 10 X. Cuando los problemas de soltura empeoran, la cifra y la amplitud de los armónicos se incrementan. Algunos picos serán más altos que otros cuando coinciden con las resonancias estructurales y otras fuentes de vibración, por ejemplo, frecuencia de paso de aspas.

Figura 6-96 Soltura de rodamiento en un alojamiento.

Los armónicos se pueden extender más allá de 10x. El ruido de piso se puede incrementar.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 6 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-97 La de rotación produce armónicos.

Un ejemplo de soltura de rotación: Un pedestal de rodamiento estaba tan flojo que traqueteaba.

Figura 6-98 Soltura de rotación con muchos armónicos impactando la onda.

Los armónicos se hacen obvios en dirección vertical, debido al hecho de que nosotros tenemos también soltura no rotacional (que se describe más adelante), o flexibilidad de base, los niveles en dirección horizontal eran aproximadamente tres veces más altos. Usted puede ver claramente el valor de la onda de tiempo en este ejemplo. Las transciendes del traqueteo (impactos periódicos) son muy claros. La dirección axial aún tiene armónicos, pero los niveles de amplitud son muy bajos – 1/20o del nivel.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 6 5

Solturas estructurales (flexibilidad estructural) La soltura entre una máquina y sus bases incrementará el componente de vibración 1X hacia la dirección de menos rigidez, usualmente en dirección horizontal, pero depende del diseño físico de la máquina.

Figura 6-99 La soltura estructural tiene el 1x más alto en la dirección de menos rigidez.

Figura 6-100 La soltura estructural produce un pico 1x.

Soltura vs. Desbalance • •

Si el 1X horizontal es más extenso que el 1X vertical, se sospecha de soltura. Si el 1X horizontal es menos o igual al 1X vertical, se sospecha de desbalance.

La flexibilidad de la base o soltura la pueden originar pernos flojos, corrosión o cuarteadoras de los accesorios de montaje. Nota: Si una máquina tiene soportes elásticos, la vibración será mayor en el eje horizontal.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 6 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Caso de estudio: Bomba de trasiego de ceniza

Figura 6-101 Bomba de trasiego de ceniza.

Esta máquina se usa para trasegar ceniza fuera de una caldera de energía. La máquina es un motor eléctrico 150 HP acoplado flexiblemente a una bomba centrífuga con 6 veletas de propela. La bomba provee 245 galones (930 litros) por minuto a 385 pies (117 metros) de presión principal. A pesar de que hay indicio de desbalance, hay amplitud significativamente más alta en el eje horizontal, indicándonos que hay flexibilidad de bases.

Figura 6-102 Datos de la dirección vertical... 0.5 p. / seg.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 6 7

Figura 6-103 La dirección horizontal es significativamente más alta en 2.1 p. / seg.

La dirección horizontal es 4x más grande que la dirección vertical. Compare las amplitudes en las imágenes 6-102 y 6-103.

Solturas en tornillos de chumaceras La soltura estructural en un rodamiento de chumacera muestra una característica diferente en los datos espectrales.

Figura 6-104 Rodamiento de chamucera.

Figura 6-105 Soltura en rodamiento de chamucera.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 6 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-106 La chamucera tiene 1x, 2x, 3x y 0.5x en casos severos.

El espectro tiene componentes de 1x, 2x y 3x, pero no más armónicos. En casos más severos puede tener un pico de medio nivel (0.5x) La fase se puede usar de nuevo para verificar la condición. Habrá una diferencia de fase de 180 grados entre el rodamiento y la base.

Rodamientos (baleros) Estudios muestran que el 10% de los rodamientos alcanzan su vida útil. Cuando la carga se incrementa en un 20%, su vida se reduce a la mitad. Cuando la carga se duplica, su vida se reduce a un séptimo del tiempo que debería ser útil. Los rodamientos producen características diferentes en los datos espectrales que las fallas previas. Las fallas previas producen picos de 1x y múltiplos. Las fallas en los rodamientos generan picos asincrónicos.

Figura 6-107 Los rodamientos producen picos no sincrónicos.

Un rodamiento defectuoso produce componentes de vibración que no son múltiplos exactos de 1X, en otras palabras, son componentes no sincrónicos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 6 9

La existencia de componentes no sincrónicos en un espectro de vibración nos da una señal de alerta, pues pueden existir problemas de rodamiento, y el analista debería descartar inmediatamente otras causas posibles de energía no sincrónica para verificar el diagnostico.

Frecuencias de fallo de rodamientos Los rodamientos generan frecuencias diferentes basadas en su construcción física. Un fabricante puede proveer un rodamiento con 8 bolas, otro fabricante lo puede hacer con 9 bolas para la misma aplicación. Ambos pueden acoplarse al eje y el alojameinto, llevan el diseño de carga y trabajan muy bien, pero pueden generar frecuencias diferentes en el espectro. Hay cuatro frecuencias de fallo de interés: • • • •

Fallo de pista interna (BPI) o frecuencia fallo pista interna (BPFI) Fallo de pista externa (BPO) o frecuencia fallo pista externa (BPFO) Tren fundamental (también llamado proporción de jaula) (FT, por sus siglas en inglés) o Frecuencia de tren fundamental (FTF, por sus siglas en inglés) Giro de la bola (BS, por sus siglas en inglés) o Frecuencia de giro de la bola (BSF, por sus siglas en inglés)

Si éstas frecuencias de fallo están en órdenes (por ejemplo FT = 0.4X) entonces calcule la frecuencia final, multiplíquela por la velocidad del eje en el cual el rodamiento está colocado. De manera alternativa, la siguiente información física se puede obtener: • • • •

Número de bolas Diámetro de las bolas Diámetro de inclinación Ángulo de contacto

Las características físicas se usan para calcular las frecuencias generadas por un defecto en el componente de rodamiento.

Las fórmulas son las siguientes: 1 𝑑 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡 𝑜𝑛 𝐼𝑛𝑛𝑒𝑟 𝑅𝑎𝑐𝑒 (𝐵𝑃𝐼) = 𝑛 �1 + cos 𝛼 � 2 𝐷

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 7 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

1 𝑑 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡 𝑜𝑛 𝑂𝑢𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑎𝑐𝑒 (𝐵𝑃𝑂) = 𝑛 �1 − cos 𝛼 � 2 𝐷 𝑑 1 𝐷𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡 𝑜𝑛 𝐶𝑎𝑔𝑒 (𝐹𝑇) = �1 − cos 𝛼 � 𝐷 2

𝐷𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡 𝑜𝑛 𝐵𝑎𝑙𝑙𝑠 (𝐵𝑆) =

1𝐷 𝑑 2 �1 + � � cos2 𝛼� 2𝑑 𝐷

Figura 6-108 Cálculos de la frecuencia de rodamiento.

La mayoría de los paquetes de software actualmente tienen colecciones de datos de rodamiento que le permiten ver un rodamiento y encontrar las cuatro frecuencias de fallo. ¡El centro de referencia de iLearnVibration, y el iLearnMachineFaults, le permiten buscar en una base de datos más de 30 000 rodamientos! Es solamente un caso de determinar la velocidad del eje y entonces multiplicar. Unos cuantos puntos rápidos: •

•

•

Estas fórmulas aplican para rodamientos de rodillo así como para rodamientos de bolas. En este caso “n” es el número de rodillos, “d” es el diámetro del rodillo, y “BS” es un defecto en el rodillo. El valor para BS se puede duplicar, porque la fórmula dada es para la bola golpeando la pista interna o externa. Si la imperfección de la bola o rodillo golpea la pista interna o externa, entonces la frecuencia se duplica. Estas frecuencias no son exactas. Debido al deslizamiento, el derrape, el desgaste y a detalles imperfectos de rodamiento (por ejemplo, las dimensiones pueden no ser perfectamente exactas), las frecuencias pueden estar fuera por una cifra pequeña.

Figura 6-109 La calculadora de rodamiento en la guía iLearnVibration calcula las frecuencias y demuestra cómo se vería cada una.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 7 1

En la Figura 6-109, la frecuencia de pista externa está en 3.57 órdenes. La frecuencia de pista interna en 5.43 órdenes. La suma de esas dos frecuencias da un total de 9 el cual es el número de bolas en el rodamiento. Número de bolas [rodillos] = BPI + BPO El número de bolas se puede determinar con frecuencia a través de una inspección, y a veces la única información que se conoce es el número total de bolas (o rodillos) en el rodamiento. Así que, si una de las frecuencias de fallo se pueden determinar por el espectro (o por medio de otra fuente), la otra se puede calcular. BPI = Número de bolas [rodillos] – BPO BPO = Número de bolas [rodillos] – BPI Hay una forma práctica (para rodamientos con 8 a 12 bolas o rodillos), BPO es aproximadamente 0.4 veces el número de bolas, BPI es 0.6 veces aproximadamente el número de bolas, y FT es 0.4X Defecto en pista interna (BPI) = 0.6 n N Defecto en pista externa (BP0) = 0.4 n N Defecto en la jaula (FT) = 0.4 N Donde: N = Velocidad del eje (Órdenes) n = Número de bolas Ejemplo: Para un rodamiento con 9 bolas, la frecuencia de pista interna y la frecuencia de pista externa se pueden calcular de la siguiente manera: Pista externa - 0.4 x 9 = 3.6 órdenes Pista interna – 0.6 x 9 = 5.4 órdenes Jaula o FT – 0.4 órdenes Estos valores estimados están muy cerca de los valores calculados para el rodamiento en la Figura 6-109, donde la frecuencia pista externa se calcula en 3.57 órdenes, la frecuencia pista interna en 5.43, y la jaula o FT en 0.4. La línea inferior está porque si no hay picos no sincrónicos, hay buenas probabilidades de que estén relacionados a desgaste de rodamiento

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 7 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Las nueve etapas de degradación de rodamientos

Figura 6-110 Hay una progresión común de desgaste que todos los rodamientos siguen.

Es muy común que los rodamientos fallen progresivamente. Los cálculos de rodamiento nos dan un indicador de donde esperar que aparezcan las fallas. Sin embargo, antes de que las fallas se muestren en los datos de espectro en las frecuencias calculadas, los rodamientos han avanzado ya algunas etapas. La Figura 6-111 muestra las tres regiones espectrales en que las fallas de rodamiento aparecerán. Las frecuencias de rodamiento calculadas se encuentran comúnmente entre 3 órdenes y 500 Hz. Por encima de eso es una amplia gama de frecuencias naturales etiquetadas. Esto se da debido al hecho de que cuando hay un defecto éste golpeará los otros componentes, excitando las frecuencias naturales. Las frecuencias naturales de rodamiento caen en esta etapa.

Figura 6-111 Las tres regiones espectrales en que las fallas de rodamiento aparecen. La etapa uno está en el rango ultrasónico.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 7 3

Etapa uno Arriba de 20 Khz. está el rango ultrasónico. Previo a un defecto notable en uno de los componentes, el rodamiento comienza a separarse bajo la superficie. Cuando los componentes entran en contacto con esta área, se emiten frecuencias altas (ultrasonido), usualmente en un rango de 20 Khz. a 60 kHz. Vea la Figura 6-112. En esta etapa es muy temprano para tomar cartas en el asunto. La recolección de datos rutinaria pierde esto debido a sus frecuencias altas las cuales están muy encima de la resonancia de montaje del sensor. Sin embargo, existen tecnologías que pueden capturar esto. Las emisiones acústicas son una (ultrasonido). Los fabricantes de vibración han desarrollado tecnologías para medir esto con modos o términos como Pulso de choque, Spike Energy, SEE, y otros. La envoltura (demod) y el Peak Vue también pueden indicar fallas. En esta etapa el espectro de vibración “normal” no indica ningún problema. Etapa dos Ahora los defectos son lo suficientemente grandes para hacer que el rodamiento “suene” como una campana en su frecuencia resonante (natural). Esta frecuencia también actúa como un transportador, modulando la frecuencia defectuosa del rodamiento. Este puede aparecer como un área de piso elevada en las regiones superiores del espectro. Puede haber frecuencias discretas elevando una acumulación de energía. Vea la Figura 6-112.

Figura 6-112 Etapa dos, las secuencias naturales impactan.

La energía en el rango ultrasónico continúa con una tendencia ascendente. Etapa tres Ahora las frecuencias defectuosas de rodamiento calculadas comienzan a aparecer. Al principio son solo las frecuencias. Una falla en la pista interna se usa en nuestro ejemplo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 7 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Cuando el desgaste de rodamiento empeora, la etapa del pico en la frecuencia de falla (BPI en este ejemplo) se incrementa. Mientras hay muchos modos de falla a considerar, en muchos casos la etapa se incrementará linealmente a lo largo del tiempo.

Figura 6-113 Etapa 3. Las frecuencias de fallo de rodamiento calculadas aparecen.

Se podría decir, sin embargo, que una falla de rodamiento no siempre sigue los patrones clásicos. Las señales de desgaste podrían parecer que “llegan y se van” – en un momento podríamos sospechar que hay un problema, y el siguiente dato podría no revelar nada. Tenga esto en cuenta cuando monitoree su equipo con rodamientos. Etapa cuatro Cuando las fallas progresan, las frecuencias de falla desarrollaran armónicos .Esto indica que algún impacto está ocurriendo.

Figura 6-114 Etapa cuatro- aparecen los armónicos de las fallas de rodamiento.

A veces los armónicos aparecerán después de que el fundamental se pueda ver. Así que, como siempre, busque cualquier pico asincrónico, y vea si hay armónicos. La amplitud de las frecuencias de falla y los armónicos comenzarán en una etapa baja. Si la gráfica se ve en formato lineal, algunas de estas señales pueden ser fácilmente omitidas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 7 5

Alguien podría argumentar “si usted no puede verla en una gráfica lineal no hay de que preocuparse”. Le sugerimos que sea capaz de planear por adelantado y obtenga una advertencia a tiempo sobre las fallas de rodamiento pendientes, utilice herramientas simples como la escala gráfica de registro para ver todo lo que una máquina le esta diciendo. Etapa cinco Cuando las fallas y el daño en los rodamientos empeoran, las etapas de vibración se incrementan, y más armónicos aparecen. En este momento las bandas laterales se hacen presentes, dependiendo de la naturaleza de la falla. Recuerde que la modulación aparece cuando la amplitud de una frecuencia (la frecuencia de defecto de rodamiento) cambia periódicamente. Hay dos situaciones en las que esta modulación puede ocurrir (en una máquina orientada horizontalmente).

Figura 6-115 Etapa cinco, aparecen las bandas laterales.

Los defectos de pista interna tienen bandas laterales de 1x. Las frecuencias de giro de las bolas tienen jaula o bandas FT debido a que las bolas o rodillos están rotando en la jaula. La frecuencia de giro de las bolas es la frecuencia transportadora y el FT es la frecuencia modulada.

Figura 6-116 Etapa cinco defectos de pista interna. BPI en 4.91 órdenes y bandas laterales 1x.

Un ejemplo de defecto de pista interna se muestra en la Figura 6-116.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 7 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

La Figura 6-118 muestra el BPI calculado en 4.91 órdenes con bandas laterales de 1x. El pico 5x es muy pequeño en comparación con el BPI. Cuando los armónicos aparecen, y especialmente cuando las bandas laterales se hacen presentes, el desgaste es ahora visible en los rodamientos. Se recomienda reemplazar los rodamientos. En esta etapa las mediciones ultrasónicas tendrán una tendencia ascendente todavía.

Figura 6-117 La falla no necesariamente corresponde a este dato.

Figura 6-118 La onda tendrá más picos. Tal vez se puedan subir los tonos del rodamiento.

La onda de tiempo mostrará de nuevo los efectos del daño hecho en los rodamientos. Los golpes en la onda serán más pronunciados, usted será capaz de medir el tiempo entre cada golpe para calcular la frecuenta de defecto.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 7 7

Etapa seis Aquí la frecuencia 1 X se amplifica, y armónicos de 1X aparecen. Esto se puede atribuir al hecho de que el desgaste resulta en holgura excesiva.

Figura 6-119 Etapa seis. Armónicos 1x aparecen debido a la holgura en los rodamientos.

Etapa siete Las frecuencias de defecto y las bandas laterales son reemplazadas por acumulaciones en el espectro, frecuentemente se refiere a ellas como “acumulación de energía”. Esto se debe gracias a la generación de “ruido de banda ancha”. Puede ser posible escuchar el rodamiento solamente al pararse junto a la máquina.

Figura 6-120 Etapa 7- Acumulaciones de energía alrededor de las frecuencias de rodamiento.

En esta etapa este seguro y observe las lecturas de la frecuencia alta. ¿Puede que tengan una tendencia descendente! Esto NO significa que el rodamiento esté mejorando. Así que no este tan seguro que todo esta mejorando, tómese un minuto y ordene una reposición. Etapa ocho ¡Las cosas se están poniendo muy feas! La acumulación de energía se está incrementando, los armónicos podrían crecer con soltura adicional, las medidas de rodamiento de alta frecuencia

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 7 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

continúan con una tendencia descendiente, y lo mas importante, el ruido de piso entero comienza a elevarse. Usted definitivamente puede oír el rodamiento. ¡El tiempo se está agotando!

Figura 6-121 Etapa ocho- Las acumulaciones de energía crecen y los armónicos 1x también.

Etapa nueve Se le advirtió. La etapa nueve es una falla de rodamiento. El espectro es plano porque la máquina no está funcionando.

Figura 6-122 Etapa nueve- El rodamiento falla. El espectro está limpio porque la máquina no está funcionando.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 7 9

Historial de caso: Ventilador #1

Figura 6-123 Motor de manejo de un abanico; la proporción de la faja es de 2:1

• • • • • • • • • •

Velocidad= 1770 CPM; 1XM Motor 40 HP Abanico en voladizo 16 aspas en el abanico; 16XF o 8XM 11 aspas de abanico refrigerantes en el motor Poleas de motor 6.5" (165 mm) Eje de abanico = 0.5XM; 885 CPM; 1XF Diámetro de la polea del abanico 13" (330 mm) Distancia entre centros 47" (1194 mm) Frecuencia de faja0.1636XM

Cuando el monitoreo comienza en 4/5/99, los datos verticales y horizontales no muestran mucho. Las etapas de amplitud son bastante bajos. La onda de tiempo muestra algo de contenido de frecuencia alta, sugiriendo señales tempranas de desgaste de rodamiento. Esta es una máquina manejada por fajas, así que hay picos asociados a la frecuencia de fajas y al eje del abanico. Los datos son del motor. La dirección axial muestra un pequeño pico asincrónico en 3.06 órdenes. El 1x alto indica que las poleas pueden estar desalineadas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 8 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-124 Vertical y Horizontal muestran pocas señales de las frecuencias de rodamiento.

Los datos del 3 de mayo muestran señales tempranas de desgaste de rodamiento, las etapas se incrementaron, y la onda de tiempo muestra aún más señales de desgaste. Es difícil verlo en un plano lineal; sin embargo, en la vista de registro es visible un pico en 3.1X con armónicos. El rodamiento se encuentra en la etapa cuatro.

Figura 6-125 Axial muestra un pico en 3.06 órdenes.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 8 1

Figura 6-126 Los picos en 3.06 y sus armónicos son más visibles en la escala del registro.

El 6 de enero de 1999, las señales de desgaste de rodamiento se están volviendo más fuertes. La onda de tiempo es una onda clásica. El impacto está pasando cada 3.1X de la velocidad de giro.

Figura 6-127 La onda clásica muestra el impacto cada 3.1 órdenes.

El rango alto del espectro muestra la existencia de armónicos de la frecuencia de rodamiento a órdenes más grandes que 50.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 8 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-128 El rango alto muestra armónicos de rodamiento mayores que 50x.

¿Dónde están las bandas laterales? Mirando los datos muy de cerca, incluso en la vista de registro, no hay bandas laterales fuertes. ¿Cómo es posible? Recuerde que las bandas laterales se dan cuando hay una falla de bolas (bandas laterales de FT) o en fallas de pista interna (bandas laterales de 1X). Dado que el tono de rodamiento es bajo en frecuencia (BP0 = 0.6x # bolas, BP0 = 0.4x # bolas). Esto podría sugerir que la falla esta en la pista externa. Así que hay armónicos y no solo bandas laterales.

Figura 6-129 No hay bandas laterales. Esta es una falla de pista externa la cual comúnmente no cambia en amplitud como las frecuencias de pista interna.

Note que hemos sido capaces de determinar, con alguna certeza, la naturaleza de la falla sin siquiera conocer que tipo de rodamiento fue instalado en la máquina.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 8 3

Figura 6-130 A pesar de que se desconoce le tipo de rodamiento, fuimos capaces de determinar la naturaleza de la falla.

El 5 de octubre de 1999, Las etapas de armónicos se incrementaron, la acumulación de energía se hizo presente, y el ruido de piso aumentó. Este es un dato de rango alto en dirección vertical. La Figura 6-131 muestra el espectro de rango alto. Observe los armónicos de rodamiento a más de 60 veces la velocidad de giro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 8 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-131 En octubre la acumulación d energía era evidente.

Los datos del 1 de diciembre del 200 se ven muy diferentes. La onda de tiempo no tiene las mismas puntas, el espectro no tiene los armónicos, pero el ruido de base es considerablemente elevado. El rodamiento se encuentra en la etapa ocho. ¡El rodamiento casi está muerto - de hecho, la máquina falló de manera catastrófica dos días después.!

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 8 5

Figura 6-132 Etapa 8- la onda es diferente, el piso del espectro se elevó. La máquina falló dos días después.

Método de detección de alta frecuencia de daños en rodamientos La energía de alta frecuencia se genera cada que hay lubricación deficiente. Esta energía de alta frecuencia en el rango ultrasónico es la primera señal de fallas de rodamiento.

Figura 6-133 Las altas frecuencias se generan cada vez que hay lubricación deficiente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 8 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Hay una cantidad de técnicas que podemos utilizar: • • • • • • •

Método de pulso de choque Spike Energy Detección de envolvente Desmodulación SEE Peak Vue HFD

Cada método se basa en el mismo principio. Cuando hay un contacto metal con metal se generará una “onda de choque” y el rodamiento resonará. El sensor puede ser sintonizado para escuchar esas frecuencias altas. Los electrónicos del colector de datos pueden limpiar las fuentes de la amplitud alta de la vibración de manera que éste se enfoque en esta única fuente de vibración. Estos métodos pueden darnos una advertencia muy a tiempo de la condición de falla y se puede usar para apoyar el análisis de espectro.

Un repaso del proceso tipico de HFD (High Frequency Detection) •

• • •

Un filtro de paso alto se aplica para filtrar la frecuencia baja, energía de amplitud alta. Éste retiene la frecuencia alta, energía de amplitud baja. Las señales filtradas incluyen las bandas laterales. Las bandas laterales se “pliegan” a la base de banda de la escala de frecuencia. Esto se acompaña por una desmodulación de señal. Se rectifica la onda. El proceso lanzan la porción de las señales que tienden a lo negativo de modo que solo permanezcan las señales que tienden a lo positivo. Las fuentes restantes de energía de otras formas de desmodulación se limpian de modo que todo lo que permanezca sea la información de frecuencia baja…la frecuencia fundamental de rodamiento.

Detección de envolvente usa un proceso ligeramente diferente y obtiene resultados similares. El método de pulso de choque utiliza la frecuencia resonante del sensor, procesa la señal y reporta un solo número al que se le pueden aplicar tendencias. Todos los métodos de advertencia temprana remueven la energía de frecuencia baja y manipulan las frecuencias altas produciendo ya sea un espectro o un solo número para aplicar tendencias.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 8 7

Motores eléctricos Los motores eléctricos son los burros de carga de la industria y tienen fallas únicas junto con las fallas mecánicas comunes. Las fallas se pueden deber a desalineamiento, desbalance, resonancia y problemas de base. Los motores tienen rodamientos, por lo tanto, pueden padecer de fallas de rodamiento. Hay una gama de fallas mecánicas y eléctricas exclusivas de los motores eléctricos.

Figura 6-134 Corte de un motor común de inducción.

La vista del interior de un motor muestra los componentes de un motor de inducción estándar. El abanico en la unidad no impulsor y refrigerante del motor. Los extremos del rodamiento y los escudos sostienen el rotor centrado en el motor. Las laminaciones del estator se diseñan para expulsar calor del motor y así reducir daños. Los bobinados del estator están diseñados para estar 120 grados fuera de fase uno del otro y aún así estar balanceados. Los bobinados del estator son una serie de barras que están acortadas en cada extremo del rotor y tienen corriente que se induce durante la operación del motor. Entre el estator y los bobinados del rotor hay un entrehierro que se debe mantener alrededor del estator equitativamente. Los entrehierros disparejos causarán vibración de bajo nivel y fallas prematuras en los rodamientos. Las fallas comunes en motores de inducción se enlistan por categoría a continuación:

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 8 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Rotor • • • •

Excéntrico o soltura en el eje Barras de rotor rotas o abiertas Encorvado (térmico) Entrehierro desnivelado

Estator • •

Excéntrico Soltura o laminaciones cortadas

Mecánico • •

Rodamientos, fricciones, pata suave Aislamiento

Eléctricos • • • • •

Fase desbalanceada Descarga parcial dentro de aislamiento de la barra de estado Descarga de la ranura entre el aislamiento de la barra del estator y el centro de este Descarga de la superficie sobre el bobinado final Descarga entre los conductores rotos

Un reciente estudio sobre las fallas de motor reportó que para motores AC, el 30% de las fallas se deben a problemas de rodamiento y el 40% a problemas de aislamiento. Para motores DC la tasa de fallas era de alguna forma diferente. El 22% falló debido a problemas de rodamiento, mientras que el 56% fue por problemas de aislamiento o de bobinado. Esto podría ayudarnos a explicar por qué la elección popular para motores de velocidad variable es cambiarse a motores de velocidad variable AC. Su vida útil puede incrementarse considerablemente si se selecciona, instala, lubrica, se limpia y se enfría apropiadamente.

Fuentes de vibración La línea de frecuencia (100 Hz o 120 Hz) es siempre un componente de vibración medible en un motor eléctrico. La atracción magnética entre el estator y el rotor varía en este índice, y el acero cambia su dimensión un poco en presencia de un campo magnético variable debido a la “magnetostricción”. Vea la Figura 6-135. Magnetostricción es la deformación de un material magnético en la presencia de un campo magnético, lo que causa vibración a 100 o 120 Hz en todos los dispositivos eléctricos, como motores, generadores, transformadores, entre otros.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 8 9

Figura 6-135 Un pico en la línea de frecuencia 2x está cercana al pico4x. La frecuencia de línea 2x es común en motores eléctricos.

En motores de doble polo (con velocidad sincrónica de 3000 CPM o 3600 CPM), a veces es difícil distinguir el pico de 100 o 120 Hz (Frecuencia de doble línea) del pico 2X en el espectro de vibración. Esta es otra buena razón para recolectar espectros en alta resolución. Una prueba para verificar la presencia de un pico 2X en lugar de 100 o 120 Hz, es tomar una medición mientras el motor está en marcha, y luego cortar la energía al motor. El pico 100 o 120 Hz desaparecerá, mientras que 2X permanecerá (a medida que el motor baja la velocidad) El pico de línea de frecuencia 2x puede dominar el espectro y puede ser muy fuerte.

Figura 6-136 La frecuencia de línea 2x puede dominar el espectro. Está cerca del pico 2x

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 9 0

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Otras frecuencias que se pueden mostraren los datos espectrales en motores de inducción son: • • • • • •

Frecuencia deslizante- la diferencia entre el RPM actual y la velocidad sincrónica. Bandas laterales de paso de polo – La frecuencia paso de polos es el número de polos por la frecuencia deslizante. 2 polos = 3600 RPM o 3000 RPM 4 polos = 1800 RPM o 1500 RPM 6 polos = 1200 RPM o 1000 RPM Frecuencia de línea de 2x o bandas laterales de frecuencia de giro alrededor de la frecuencia de paso de barras de rotor (RBPF) - RBPF = Velocidad de giro x número de barras de rotor

Rotores eccéntricos Los rotores excéntricos producen un entrehierro de variable rotación entre el rotor y el estator, lo cual induce a una fuente pulsante de vibración. Otra vez el componente de línea de frecuencia doble está presente, sin embargo, esta vez habrá bandas laterales paso de polo alrededor de esta frecuencia y el pico 1X. Observe la Figura 6-137. Gracias a que la frecuencia deslizante es un tanto pequeña, la frecuencia paso de polos es también pequeña, por lo tanto una medición de alta resolución es necesaria para identificar estas bandas laterales.

Figura 6-137 Un rotor excéntrico tendrá un pico frecuencia de línea 2x dominante con bandas laterales de frecuencia de paso de polos. Debe haber bandas laterales de frecuencia de paso de polos alrededor del pico 1x de velocidad de giro.

Ventiladores, abanicos y compresores Las bombas, abanicos y compresores pueden sufrir condiciones de falla comunes como desalineamiento, desbalanceo, fallas de rodamiento y soltura. Sin embargo, hay fallas exclusivas de estos componentes.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 9 1

Figura 6-138 Bombas, abanicos y compresores tienen características de vibración únicas.

Hay muchos tipos de bombas de uso común, y sus sintonías de vibración varían en una amplia gama. Cuando se monitoree la vibración de una bomba, es importante que las condiciones de operación sean consistentes de una medición a la siguiente para asegurar patrones de vibración constantes. La presión de succión, la presión de descarga, y especialmente la inducción de aire y la cavitación afectarán los patrones de vibración enormemente. Las bombas centrífugas siempre tienen un componente de vibración prominente en la frecuencia paso de aspas, la cual es el número de veletas de propulsores por el RPM. Si la amplitud se incrementa significativamente, significa la presencia de un problema interno, como erosión de propalas, problemas relacionados al flujo, o una posible desalineamiento. Los armónicos paso de aspas son frecuentes en tales bombas. Las fuerzas son generadas por las variaciones de la presión causadas por los giros de una aspa, una veleta o un lóbulo que pasa por un alojamiento o un componente estático. El componente fijo crea una alteración de flujo no uniforme en el fluido o gas.

Figura 6-139 Paso de aspas es común en las bombas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 9 2

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Frecuencia de paso de álabes, aspas o lóbulos En su sentido más amplio, la frecuencia de paso de álabes incluye componentes similares tales como veletas, lóbulos y pistones. Las frecuencias de fallo son: • • • •

Número de aspas x velocidad de giro Número de veletas x velocidad de giro Número de lóbulos x velocidad de giro Número de pistones x velocidad de giro

Figura 6-140 álabes / paso de aspas y los armónicos.

La causas de la alta frecuencia de paso de paso de álabes son: • • • • • • • •

Rotor o excentricidad de alojamiento. Variable no uniforme con aspas inclinadas Alojamiento de veletas suelto, doblado o desalineado Desgaste de veleta o álabe (abrasión o cavitación) Operación (parámetros de realización impropios) Configuración de amortiguación impropia Filtros sucios, dañados o extraviados Entrada o restricciones de línea de descarga

Otras fallas incluyen la propela floja en el eje y falta de alimentación de la bomba. Cuando la propela está floja en el eje, habrá frecuencia paso de aspas con bandas laterales de velocidad de giro. La falta de alimentación en la bomba puede parecer desbalanceo tan pronto como el flujo en la voluta no es uniforme. La onda de tiempo podría mostrar distorsión gracias a un flujo desnivelado. La onda de tiempo distorsionada produce armónicos en la velocidad de giro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 9 3

Cavitación La cavitación normalmente crea vibración de frecuencia aleatoria más alta o “ruido”. Esta se ve como una “acumulación” en el espectro de vibración.

Figura 6-141 La cavitación frecuentemente tiene una acumulación de energía en la base.

La cavitación indica normalmente presión de succión insuficiente o falta de alimentación, por ejemplo, baja presión de entrada. El líquido tiende a evaporarse mientras llega a la propela creando burbujas de vacío que explotan. La onda podría dar la impresión de que hubiera grava en la bomba. Los datos en la Figura 6-142 es de una bomba centrífuga 20hp que tiene un problema de cavitación. Suena como si estuviera bombeando grava. La onda de tiempo es una herramienta de análisis muy útil, puesto que la ráfaga de frecuencia alta de energía es frecuentemente muy visible. Sin embargo, más datos de tiempo que los normales son necesarios (un registro más largo) El espectro refleja el impacto en el incremento de ruido de base y cantidades de energía bajo los picos. El pico más alto está en paso de aspas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 9 4

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-142 Las ondas muestran las ráfagas de la cavitación. El espectro tiene acumulación de energía a lo largo y a lo ancho.

Transmisión de potencia por poleas y fajas Las transmisiones por fajas son una forma común y poco costosa de transmisión de energía; sin embargo, son propensas a muchos problemas: desalineamiento, tensión impropia, desgaste de faja y resonancia de faja. El desalineamiento de fajas genera vibración 1x en direcciones radial y vertical.

Figura 6-143 El desalineamiento de las poleas produce un pico de 1x.

La primera frecuencia de falla se conoce como “índice de faja” o “fundamental de frecuencia de paso de faja”. Es el índice en el cual un punto de faja pasa un punto de referencia fijo. Es siempre menor a la velocidad de cualquier polea. El índice de faja o frecuencia de faja se calcula de la siguiente manera:

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

𝐵𝑒𝑙𝑡 𝐹𝑟𝑒𝑞 =

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 9 5

𝑃𝐼 × 𝑆ℎ𝑒𝑎𝑣𝑒 𝑅𝑃𝑀 × 𝑆ℎ𝑒𝑎𝑣𝑒 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝐵𝑒𝑙𝑡 𝐿𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ

Desgaste de fajas Si una faja está desgastada o floja habrá un pico en el índice de faja, y armónicos con ésta frecuencia doble (2BR) más alta – cuando hay dos poleas. La frecuencia de faja será siempre sub-sincrónica a cada componente.

Figura 6-144

Ejemplo Este ejemplo es tomado del aparejo de prueba iLearnHandsOn. Nosotros dañamos levemente una faja para provocar la falla. Cada vez que la faja tocaba la polea, un pulso se veía en la onda de tiempo. La naturaleza de la transciente del pulso genera muchos armónicos en el espectro. Los pulsos en la onda y los armónicos en el espectro se pueden ver claramente. La distancia entre le eje principal y la polea de entrada de la caja de engranajes fue de 6” (125mm). El diámetro de la polea del motor era de 1.34” (34mm), y el diámetro de la polea de la caja de engranaje era de 2.64” (67mm). Usando una fórmula para calcular la velocidad lineal de la faja (conocida como índice de faja o frecuencia de faja), el índice de faja es 0.23 veces la velocidad de giro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 9 6

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-145 La onda tiene impacto debido a un daño de faja.

En este ejemplo, el tiempo entre los pulsos es de 0.1441 segundos, lo cual está relacionado a 6.94 Hz o 416 CPM. La velocidad de giro de la máquina era 1792 CPM, así esta frecuencia es aproximadamente de 0.23 X.

Cajas de engranajes La caja de engranajes tiene una frecuencia exclusiva y dependiendo de la configuración puede ser difícil de analizar.

Figura 6-146

Hay un número de razones por las cuales una caja de engranajes puede fallar: • • • • • • •

Diente desgastado Carga de diente Excentricidad del engrane Contragolpe Desalineamiento de engrane Dientes rotos o quebrados …y otros.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 9 7

Un estudio reciente demostró que el 60% de las fallas se podrían atribuir a las habilidades de lubricación y temas prácticos. En la sección de frecuencias de falla las cajas de engranaje se examinaron de algún modo. Hay tres frecuencias clave involucradas, la velocidad de entrada, la frecuencia del engranaje, la cual es el número de dientes multiplicado por la velocidad del eje, y la velocidad de salida. Engranaje = Número de dientes x velocidad el eje Velocidad de salida= velocidad de entrada x dientes de entrada /dientes de salida Otras frecuencias de fallo incluyen la frecuencia de diente de cacería y la frecuencia de fase de ensamble de engrane. Cuando una caja de engranaje tiene dos o más etapas (dientes engranados para ser precisos), el cálculo de las frecuencias de fallo se vuelve más desafiante (porque hay múltiples velocidades de eje y múltiples frecuencias de engranaje), por lo tanto se vuelve más difícil relacionar los incrementos en nivel con fallas específicas.

Figura 6-147 Caja de engranaje de múltiples etapas.

Las frecuencias de falla de engranaje se pueden calcular con el programa de cálculo de engranaje iLearninteractive. Simplemente ingrese la velocidad de eje de entrada y el número de dientes del engrane. Los cálculos e imágenes hechas para las frecuencias de la caja de engranaje y las fallas se despliegan.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

6 - 9 8

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

Figura 6-148 La calculadora de la frecuencia de engranaje de iLearnInteractive. La parte de abajo de la pantalla muestra como se verá el espectro en caso de fallas.

Habrá normalmente picos en las velocidades del eje y la frecuencia de la caja de engranaje; sin embargo serán de nivel bajo. Puede que haya un pico de engranaje 2x, y probablemente bandas laterales en la velocidad del eje alrededor de la frecuencia de la caja de engranajes. Estas frecuencias serán más notables en dirección radial para engrane, y en dirección axial para los engranes helicoidales. La mayoría de fallas se detectan estudiando la frecuencia de engranaje y las frecuencias de engranes 2x y 3x junto con las bandas laterales. La siguiente es una lista parcial de fallas que se pueden detectar a través de este estudio. • • • • • •

Desgaste de diente Carga de diente Excentricidad del engrane Contragolpe Desalineamiento de engranaje Dientes rotos o quebrados

Se sale del objetivo de este curso cubrir estas fallas a profundidad.

Formas de onda y análisis de engranaje La onda es una herramienta MUY poderosa cuando se intenta diagnosticar fallas de engranes.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S E I S

–

A N Á L I S I S

D E

V I B R A C I Ó N

P

6 - 9 9

Figura 6-149 Un diente quebrado o roto se mostrará en la onda como un pulso en engrane rpm

El análisis de onda de tiempo es una herramienta poderosa cuando se analizan mediciones de las cajas de engranajes. Cuando un diente hace contacto con otro hay un pulso en la onda. Los dientes se pueden contar en la onda de tiempo. Dependiendo de la naturaleza de la falla, uno de los impactos/pulsos por ciclo puede estar a una amplitud más alta; o amplitud más baja (si faltara). Vea la Figura 6-149 Los datos de la onda en la Figura 6-150 muestra el impacto cada vez que los dientes chocan. La variedad en la amplitud se debe a que los engranes no están alineados, lo cual causa cargas variadas y por lo tanto varias amplitudes. El pulso se relaciona con el contacto entre los dientes. Esta onda también muestra el ciclo que se relaciona a una revolución completa del eje.

Figura 6-150 Cada impacto relaciona a dos dientes.

Hay un basto número de información respecto al análisis de engranes. Este concepto introductorio provee una base sólida para un análisis de caja de engranajes más completo..

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 7

Configurar límites de alarma Objetivos: • • •

Describir las alarmas ISO rms Enumerar 3 beneficios de las bandas de alarma Comparar y contrastar las bandas de alarma, de máscara y de envolvente

Describir un beneficio de usar las alarmas estadísticas

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 2

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Durante el proceso cotidiano de un programa de mantenimiento predictivo se recolectan grandes cantidades de datos. SI desea que el programa tenga éxito, no se pueden ignorar estos datos; más bien, es necesario analizarlos para que se puedan tomar decisiones relativas a las reparaciones. Es necesario comprar repuestos, programar los períodos de inactividad y determinar las prioridades. Algunos analistas ven todos los datos disponibles, tanto del espectro como de las ondas de tiempo. Esto consume mucho tiempo y energía. A menudo el volumen total de los datos dificulta realizar un buen análisis de manera oportuna. Una estrategia es ver los datos de tendencia, ya sea los niveles globales de tendencias, las bandas específicas o las mediciones de rodamientos específicos. Este proceso combina las fases de detección y de análisis máquina por máquina. Los analistas inteligentes invierten tiempo en configurar buenos niveles de alarma en las máquinas para que se pueda rastrear en ellas puntos de medición que no estén dentro de límites aceptables. De esta manera, el analista solo estudia los datos de las máquinas listadas en el informe de excepciones. Al principio de la mayoría de programas, hay dos opciones que típicamente suceden. O un porcentaje muy grande de las máquinas aparecen en el Informe de Excepción o muy pocos. Conforme los programas mejoran, los problemas con las máquinas se corrigen y los niveles de alarma se afinan, el informe se vuelve mucho más preciso y refleja mejor la condición verdadera de las máquinas. A veces, llegar a este punto a puede ser difícil.

Los buenos límites de alarma pueden ahorrarle una gran cantidad de tiempo.

Figura 7-1 Un informe de excepciones debe enumerar las mediciones que están por fuera de los límites predeterminados.

Durante muchos años los paquetes de software más importantes han incluido un “informe de excepciones". Los programas registran las mediciones de vibración nuevas, las comparan a los límites de alarma, de manera opcional los comparan a las lecturas previas y, finalmente, generan una lista de máquinas con los resultados. Los resultados del informe, normalmente, indican cuáles máquinas "fallaron" y brindan información sobre la severidad. Las máquinas que presenten datos significativamente por encima de la alarma serán tratadas de distinta manera que las que muestran solo excepciones leves.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 3

Los resultados indican el nivel actual de los datos, así como el nivel de excedente. El excedente se puede reportar como un porcentaje (100 % indica que el nivel nuevo es dos veces el límite de la alarma) o, menos frecuentemente, en decibeles (6 dB es igual que 100 %). Típicamente, los resultados también indican cómo han cambiado las últimas lecturas en comparación con lecturas previas o con una referencia o lectura de la línea base. De nuevo, los resultados pueden aparecer como porcentaje o como dB. Exploremos este asunto de la "referencia" con más detenimiento. El nivel de referencia se determina por medio de varios factores. El tamaño de la máquina, su carga, la importancia de la máquina y el historial de la máquina... todos son factores importantes. Por ejemplo, la herramienta de una máquina de precisión no debe vibrar al mismo nivel que el rodamiento de un molino. Una máquina que ha estado en funcionamiento a 0.1 ips durante meses es una preocupación mucho menor que una máquina que ha cambiado de 0.005 ips a 0.1 ips. Cuando tenemos una lectura nueva, ya sea una simple lectura global o de un espectro completo, uno de los desafíos más grandes es saber cuáles deben ser los niveles aceptables. ¿Qué tan alto es demasiado alto? ¿En qué punto se debería aumentar el monitoreo? ¿En qué punto se deben hacer las reparaciones? Debe haber una forma de determinar hasta que nivel de vibración se puede decir que la máquina está bien y que si se pasa de ese nivel, hay que efectuar las reparaciones. Pero, desafortunadamente, no es tan fácil. ¿Cuándo se debe comenzar a actuar? ¿Cuáles niveles deben considerarse como muy altos? ¿Qué es aceptable? ¿Cuánto tiempo se debería dedicar a las máquinas cruciales y cuánto a las máquinas menos importantes? Bien, ante todas estas preguntas, debemos decir que, afortunadamente existen las directrices; pero, desafortunadamente no son nada más que eso, directrices. Sin embargo, las directrices ofrecen un muy buen punto de partida. La mayoría de la gente quiere tener una "fórmula" o un "número mágico" con el cual comparar sus datos de vibración. pero, simplemente, no es tan simple. Se han publicado muchas tablas con niveles de vibración aceptables. Estos también pueden verse como un buen punto de partida. Sin embargo, hay que ser consciente de que cada planta y proceso son diferentes y una misma máquina puede no producir los mismos resultados en plantas diferentes. Hay muchas variables en juego. De cualquier manera, los límites de alarma que se han publicado son un buen comienzo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 4

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Límites de alarma RMS ISO 10816

Figura 7-2

Recuerde lo que estudiamos en el capítulo tres: para una onda sinusoidal pura, el valor rms es de 0.707 veces el valor del pico. Hay dos maneras de derivar el RMS, dependiendo de si está procesado digitalmente o de si proviene de una señal análoga.

RMS verdadero de una señal analógica

Figura 7-3 El RMS verdadera calculado de una señal análoga. Tiene tanto valores positivos como negativos.

Recuerde que el RMS se calcula a la inversa de lo que indica su nombre. Primero se elevan al cuadrado los valores para hacerlos positivos. Luego se calcula el porcentaje de los valores bajo la curva. Y, finalmente, se saca la raíz cuadrada del valor promediado. La Figura 7-3 muestra el proceso de la señal analógica. El proceso no es exactamente el mismo para una señal analógica.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 5

Figura 7-4 El RMS verdadero procesado a partir de una señal digital.

La señal debe tener un gran número de muestras a lo largo de un período. Cada muestra “n” es elevada al cuadrado. La suma de los cuadrados es dividida entre el número de muestras. La raíz cuadrada de ese resultado es el valor RMS verdadero.

Severidad de vibración e ISO 10816 El ISO 10816 define la severidad de la vibración como el nivel RMS de la velocidad de vibración medido a través de un rango de frecuencia de 3 Hz a 1000 Hz. En vez de medir la amplitud de una transciente a una sola frecuencia elevada, la severidad de la lectura de la severidad de vibración representa un promedio de todos los componentes de vibración dentro de un rango de frecuencia amplio y, comparativamente, más bajo.

Figura 7-5

De acuerdo con el ISO 10816, la severidad de la vibración es el nivel RMS de la velocidad de vibración medido a través de un rango de frecuencia de 3 Hz a 1000 Hz. La pregunta es: “¿3 Hz a 1000 Hz es suficiente?”

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 6

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Figura 7-6 Estos datos son el rango de frecuencia completa de una bomba con un rodamiento defectuoso. 0 a 10,000 Hz

El espectro de la Figura 7-6 está extraído de una máquina real. Tiene un rodamiento dañado y hay frecuencias fuertes de hasta 10,000 Hz. ¿Parte de esta energía se debe al rodamiento defectuoso? ¿Se trata de un flujo? ¿Es algo que se puede ignorar y descartar?

Figura 7-7 Esta es la información que se incluye en el estándar ISO. ¿Es suficiente?

En la Figura 7-7 se ha aplicado un filtro que solo permite el paso de las frecuencias especificadas por el estándar ISO. ¿Es suficiente? ¿Estará bien perder todos los datos que están por fuera de ese rango? ¿Es posible encontrar los problemas de la máquina y prevenir sus fallas? ¿Qué se necesita para ser proactivo y usar la filosofía centrada en el mantenimiento y la confiabilidad? Parece obvio que este rango de frecuencia no es adecuado para configuración de bomba de motor estándar. ¿Pero qué hay de las máquinas con mayores velocidades con frecuencias aún más altas? Hay que entender que el estándar ISO es el estándar mínimo; no es el mejor en la mayoría de los casos. Un rango de frecuencia más alto es mucho mejor.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 7

Es necesario pensar parecido cuando se trabaja con niveles de alarma. ¿Será suficiente un conjunto de límites de alarma?

Figura 7-8

Todas las máquinas con partes móviles vibran pero todas lo hacen con amplitudes diferentes. Para definir su nivel de vibración normal, es necesario considerar lo siguiente: • •

La función de la máquina y las fuerzas que intervienen en su operación La rigidez de la estructura mecánica.

Un motor grande de diesel vibra más que un motor eléctrico pequeño; esto se debe a que hay diferentes fuerzas en juego. Una máquina asegurada a una rígida estructura de concreto vibra menos que la misma máquina atornillada a un marco flexible de metal. Esto se debe a la rigidez de la estructura de la primera máquina. Si una máquina nueva presenta vibración excesiva, entonces hay una debilidad estructural inherente a la máquina o a una mala resonancia. Un aumento en el nivel de vibración se puede deber a tres causas típicas: algo está suelto, desalineado o desbalanceado. ¿Una máquina grande debe tener los mismos niveles de alarma que una máquina más pequeña? La respuesta obvia es que no. El estándar ISO 10816 se ocupa de esto y divide los límites de alarma en 5 categorías generales además de una serie de subcategorías. Las 5 partes del estándar ISO 10816 son: • • • • •

Parte 1: Directrices generales Parte 2: Los conjuntos de generadores de turbina de vapor basados en tierra con exceso de 50 MW. Parte 3: Las máquinas industriales con un poder nominal superior a 75 Kw y con velocidades nominales entre 120 r/min. y 15000 r/min., al ser medidas in situ. Parte 4: Conjuntos accionados con turbinas de gas, excepto derivados de aeronaves. Parte 5: Conjuntos de máquinas de energía hidráulica que generan y bombean plantas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 8

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

La tabla de severidad de máquinas generales ISO 10816.1 tiene límites para las cuatro clases de máquinas. Los límites de alarma están en la magnitud de velocidad y muestran los valores tanto en unidades métricas como imperiales. Note ambas son valores rms.

Figura 7-9 ISO 10816.1 Tabla de severidad. Son para valores globales que van de 3 Hz a 1000 Hz.

El estándar ISO número 2372/10816 brinda directrices de aceptación de amplitud de vibración para máquinas con velocidades de operación que van desde 10 hasta 200 revoluciones por segundo (600 a 12000 RPM). El estándar ISO clasifica el tamaño medio de la máquina (15-75kW) como "bueno" si el nivel de vibración rms global se encuentra entre 0.18 y 1.12 mm/segundo (.007 a 0.042 p./s. o 85 a 100 VdB). Desde un valor límite hasta el primero que está por encima de la severidad de la vibración hay un aumento de 1.6 tiempos (1 paso). Desde una zona de condición a la primera que supera la severidad de vibración se presenta un aumento dado por un factor de 2.5 (2 pasos). Si se da un aumento de 3 pasos, es un aumento cuádruple. Tome en cuenta que los valores están en un estimado global de la energía del rango de frecuencia de 3 Hz a 1000 Hz. Es un número individual que se puede usar como un nivel de alarma fijo para estimar las tendencias. Note que los grados de paso se basan en la clase de las máquinas. Las máquinas grandes pueden funcionar con más agitación y las pequeñas, más uniformemente. A continuación se definen las cuatro clases.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

•

•

•

•

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 9

Clase I: Las partes individuales de los motores y las máquinas, conectados de manera integral a la máquina completa en su condición normal de operación (los motores eléctricos de producción de hasta 15 kW son ejemplos típicos de las máquinas de esta categoría). Clase II: Las máquinas de tamaño mediano (como motores eléctricos con salida de 15 kW hasta 75 kW) sin fundaciones especiales, motores montados rígidamente o máquinas (de hasta 300 kW) sobre fundaciones especiales. Clase III: Maquinaria motriz primaria grande y otras máquinas grandes con masas rotativas montadas sobre bases rígidas y pesadas, que estén relativamente tiesas en la dirección de las mediciones de vibración. Clase IV: Maquinaria motriz primaria grande y otras máquinas grandes con masas rotativas montadas en bases que estén relativamente blandas en la dirección de las mediciones de vibración (por ejemplo, los conjuntos de turbo-generadores y las turbinas de gas con salidas mayores que 10 MW).

La parte 3 del estándar ISO 10816 es para máquinas industriales. Hay tablas tanto para el valor del desplazamiento como para el valor de velocidad. La tabla de los valores de velocidad aparece en la Figura 7-10.

Figura 7-10 Límites de velocidad para máquinas industriales. Es la parte 2 del estándar ISO 10816. Los valores que aparecen son globales.

Las máquinas se agrupan según su tamaño y si son flexibles o rígidas. La lectura de la severidad de la vibración real no significa mucho para los principiantes. Es más fácil captar la urgencia de un problema de mantenimiento si se describe el aumento de la vibración en pasos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 1 0

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Generalmente, se considera que es importante un aumento de un paso, por lo tanto debería reportarse. Siempre hay que investigar un aumento de dos pasos. Uno de tres pasos o superior es alarmante y requiere de acción inmediata. Observe la Figura 7-11.

Figura 7-11 Acciones basada en cambios por pasos.

Todos los estándares ISO se basan en el valor de un número que corresponde a la suma de toda la energía en el rango de frecuencia de 3 Hz a 1000Hz.

Límites de alarmas espectrales El valor global es un buen número para realizar tendencias. Pero no lo cubre todo. No nos permite conocer los pequeños valores de amplitud los cuales pueden indicar condiciones severas o críticas. Un método mejor es hacer que el sistema rastree determinadas regiones del espectro y las compare con un nivel de esa región. Es necesario responder varias preguntas. • •

¿Cuál método se debe usar… de banda, de envolvente o estadístico? ¿El límite debería ser… un valor absoluto o un valor relativo?

Todo depende de la capacidad del software empleado o de sus gustos personales. De cualquier manera, siempre se necesita una buena referencia con la cual realizar las comparaciones —en particular, cuando se está empezando. Bien, básicamente, hay dos formas de establecer un nivel de alarma de referencia. La primera es usar límites de alarmas prefijados y ajustar límites de alarmas fijos; y la segunda es empezar con lecturas de vibración existentes y realizar un cálculo para derivar el límite de alarma. Existen pros y contras para ambos métodos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 1 1

Figura 7-12 Tablas usadas para establecer límites de alarma

Muchos han intentado describir las características de todas las máquinas para publicar un conjunto de niveles de vibración que defina la forma en que una máquina debe vibrar. Los vendedores de software, los militares, las compañías de entrenamiento, los organismos de estandarización, todos lo han intentado. El resultado es una tabla de límites basada en el tipo de máquina (definida por carga, velocidad o función). Hemos decidido presentar algunas de esas tablas aquí para su información. Pico de 0.0196 p./s. Tabla Rathbone Condición de ejecución de la máquina

Velocidad global de vibración

Muy agitada

Pico de 0.628 p./s.

Agitada

Pico de 0.314 p./s.

Ligeramente agitada

Pico de 0.157 p./s.

Normal

Pico de 0.0785 p./s.

Buena

Pico de 0.0392 p./s.

Muy buena

Pico de 0.0196 p./s.

Suave

Pico de 0.0098 p./s.

Muy suave

Pico de 0.0049 p./s.

Tabla 7-1 Tabla Rathbone

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 1 2

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

La Tabla Rathbone fue creada por un agente de UL llamado T. C. Rathbone en 1939. Consistió en el primer intento oficial de caracterizar el comportamiento de los dispositivos mecánicos expuestos a la vibración. Compara la velocidad de vibración global (medida en pulgadas por segundos —IPS—) con varios grados de uniformidad de máquina. Actualmente, se considera obsoleto porque falla en relacionar el nivel de la vibración con el espectro de frecuencia o el tamaño de la máquina. El estándar ISO número 2372/10816 proporciona directrices de aceptación amplitud de vibración para maquinaria que tenga velocidades de operación que van de 10 a 200 revoluciones por segundo (de 600 a 12000 RPM). El estándar ISO clasifica a una máquina de tamaño medio (1575kW) como "buena" si el nivel de vibración rms global está entre 0.18 y 1.12 mm/segundo (entre .007 y 0.042 p./s. o de 85 a 100 VdB). Las máquinas más grandes pueden funcionar con mayor agitación y las más pequeñas más uniformemente. p./s. pk

mm/seg. rms

Nivel en VdB

Menos de 15kW (75kW (100HP)

1.0

18.0

125

No permisible

No permisible

No permisible

0.63

11.2

121

No permisible

No permisible

Apenas tolerable

0.4

7.10

117

No permisible

Apenas tolerable

Apenas tolerable

0.25

4.50

113

Apenas tolerable

Aceptable

Aceptable

0.16

2.80

109

Apenas tolerable

Aceptable

Aceptable

0.1

1.80

105

Aceptable

Aceptable

Aceptable

0.06

1.20

101

Aceptable

Bueno

Bueno

0.04

0.70

97

Bueno

Bueno

Bueno

Tabla 7-2 Estándar de maquinaria general ISO 2372/10816.1

Como se dijo antes, los límites ISO se definen por límites globales. Ya que la vibración 1X normalmente domina, se puede usar para límites 1X. Pero los límites se necesitan para las frecuencias de rodamientos, entre otros usos. Observe una representación completa de esta tabla en la Figura 7-10.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 1 3

Figura 7-13

Esta tabla de Entek/IRD se ha usado por más de 30 años. Es una mejora en comparación con los otros porque se relaciona con la amplitud (en velocidad o desplazamiento) a frecuencias particulares. DLI Engineering publica esta guía sobre la severidad de las máquinas. Es muy útil porque atiende diferentes frecuencias, velocidades y unidades (aceleración, velocidad y desplazamiento).

Figura 7-14 La guía de DLI Engineering para los límites de alarma.

En la guía de Referencia Rápida hay copias de todas las tablas. Las tablas se pueden usar para establecer una alarma de amplitud para varias frecuencias específicas para maquinaria. Puede ser tedioso. La mayoría de los paquetes de software tiene

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 1 4

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

alarmas “enlatadas” para diversos tipos de máquinas, las cuales también pueden ser un buen recurso. No obstante, es difícil usar alarmas fijas con la seguridad de que estas serán las indicadas para sus máquinas. Debe haber una mejor manera de personalizar los límites de alarma para sus máquinas específicas en sus procesos específicos: es posible calcular las alarmas a partir de niveles de vibración actuales en su maquinaria.

Alarmas calculadas Alarmas calculadas y relativas En vez de usar estos límites fijos, podemos tratar de calcular nuestros propios límites con base en lecturas previas. Dado que todas las máquinas son diferentes y que hasta las máquinas similares (motores AC, por ejemplo) pueden operar bajo diferentes pesos, además de estar montadas y construidas de modo distinto… es difícil usar límites de alarmas fijos. Si se toma un conjunto de lecturas de una máquina y, luego, se realiza un análisis para evaluar la calidad de los datos y la condición aproximada de la máquina, es posible aplicar límites de alarma en los niveles actuales. Una regla general es que existen problemas si los niveles de vibración duplican los niveles "saludables" originales. ¿Pero cuáles son los niveles saludables? Es importante poner el programa en funcionamiento para usar las alarmas fijas primero. Después de que se recolectan las lecturas, se cambia a límites de alarma calculados. Debe pasar el tiempo suficiente para que se tenga una buena idea de la condición de la máquina. En pocas palabras, si los niveles de vibración no cambian de modo significativo, más de un 15% en seis meses, entonces la condición de la máquina probablemente sea estable.

Establecer la línea de base (línea de referencia) Con base en la afirmación anterior (de que una duplicación de la vibración indica un problema) se pueden tomar las mediciones de la línea de base. Si los niveles observados de la vibración se duplican, estos se fijan como límites. ¿Pero qué es la medición de línea de base? La medición de la línea de base es, idealmente, una medición que, nosotros creemos, representa mejor la forma en que debería vibrar la máquina. Es una medición con la que podemos hacer comparaciones para determinar si hay cambios.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 1 5

Use alarmas calculadas una vez que haya un historial de datos. Fije alarmas si suben los niveles de referencia en máquinas overhauleadas y máquinas que funcionen sin problemas Sugerencia: Un aumento de un 50% es significativo: investigue. Un aumento >150% es “sustancial”. Investigue con prioridad. El método más simple es tomar el primer conjunto de datos recolectados y establecerlo como la línea de base. Muchos programas de software se comparan fácilmente con los datos actuales de vibración con la medición de la línea de base. Otro método es hacer una lectura luego de que la máquina haya sido reparada/overhauleada (y después de que haya tenido la posibilidad de “estabilizarse”) y establecerla como línea de base. Así, la máquina posiblemente esté funcionando tan bien como alguna vez funcionará (los niveles de vibración serán tan bajos como lo serán alguna vez). Sin embargo, en este caso, se pueden establecer los límites a un máximo del doble de la línea de base; De otra manera, el sistema puede ser demasiado sensitivo (y podría dar falsas alarmas). Sin embargo, hay otro acercamiento (el acercamiento preferido por el autor) que consiste en usar cálculos estadísticos. Comencemos con lo básico para entender qué es todo esto. En otras partes de este sistema de entrenamiento, usted ha aprendido que lo que nos interesa son los niveles absolutos de vibración. Pero debemos de estar más interesados en la forma en que cambian los niveles.

Figura 7-15 Es difícil saber cuáles los límites colocar en regiones individuales o en las líneas de un espectro.

Si el nivel de vibración no cambia durante un período de tiempo, entonces se considera que una máquina es estable y que no requiere de ninguna reparación. El autor ha visto y escuchado ejemplos donde el nivel de vibración y el patrón han aparecido muy serios, aunque no haya cambiado por 18 meses. Todo esto no significa que no haya un problema, sino que no se requiere hacer reparaciones urgentes o fuera de calendario. Si después de cuatro meses una región del espectro no cambia, ¿se supone que llegue a haber algún cambio? Por otro lado, si normalmente cambia de modo considerable, ¿habrá algún cambio?  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 1 6

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Por ejemplo, se recolectan 5 conjuntos de datos de una máquina, con 30 días de tiempo entre cada uno, y el pico de la velocidad de ejecución (1X) apenas cambia; mientras tanto, el pico de 6X, que corresponde a la frecuencia paso de aspas, varía en más de un 30%.

Figura 7-16 Variación de la banda de frecuencia a lo largo de 5 meses de datos.

¿Qué se debería esperar en la siguiente lectura? Se esperaría un nivel de 1X que fuera similar a las otras lecturas y un pico de 6X que estuviera dentro del rango (o tal vez un poco afuera) de las 5 lecturas previas. Tome en cuenta que no se ha han explicado sus niveles absolutos, sino solamente los niveles relativos. En muchos casos, particularmente después de acumular un historial de lecturas, los niveles absolutos (o sea el nivel real en ips o en mm/seg.) son menos interesantes para nosotros.

Figura 7-17 Si las lecturas del siguiente mes cambian así, ¿se trata de un problema?

Si los datos del próximo mes muestran que el nivel de amplitud fueran 10% más altos que el nivel previo, ¿estaríamos frente a un problema? Sería un poco extraño porque esto está por fuera de la norma para esta máquina. Un aumento del 10% en 6X no sería tan sorprendente, ¿o sí? Parece normal para este nivel cambiar de prueba en prueba. Estas observaciones reflejan un entendimiento humano estándar. Las estadísticas son solo la aplicación de estas observaciones en fórmulas matemáticas.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 1 7

Desviación estándar Antes de entrar en la explicación de las desviaciones estándares, habría que señalar que la mayoría de los programas de software pueden hacer esto pulsando unos cuantos botones. Aquí se ofrece una breve descripción del proceso. En el cuadro sombreado se ofrece una descripción más detallada.

Figura 7-18 Curva de campana de una desviación estándar. Aproximadamente, el 95% queda dentro de estos límites

En términos generales, la desviación estándar es una medida de cuánto puede variar un conjunto de datos. El número se describe en términos de variación σ (sigma). Por ejemplo, si se usan límites de alarma a 2 σ, entonces se espera que un 95% caiga dentro de los l ímites. La variación se puede calcular fácilmente y desde un parámetro llamado "variación estándar". La “variación estándar " es un término que describe la cantidad de variación que es "normal" para la cantidad medida. No vale la pena explorar la matemática real que está en juego, aunque la variación estándar se expresa mediante la letra griega "sigma". Se puede inferir que hay una alta probabilidad de que una lectura nueva ubicada dentro de 3-sigma y una menor probabilidad de caer dentro de 2sigma. Lo grandioso de las computadoras es que pueden hacer todo esto por nosotros. Si su software tiene soporte para esto, su trabajo se limitará a revisar los datos para determinar cuáles datos son "merecedores" de ser usados en procesos estadísticos para, luego, pedirle al software que realice los cálculos. El resultado es que los límites de alarma, de cualquier forma que se usen, se basan en lecturas tomadas desde su máquina y toman en cuenta la forma en que los niveles de vibración varían normalmente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 1 8

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Figura 7-19 Las estadísticas generan alarmas con base en el historial de la máquina.

La variación puede surgir de ruido de proceso (flujo, ruido externo, etc.), fluctuaciones normales en la carga, variación natural en la vibración (¡dos mediciones tomadas con 2 minutos de distancia no serán iguales!) y otras variaciones operacionales. La aplicación de estadísticas varía de paquete a paquete, así que consulte la compañía de software (o los manuales) para ver cómo puede utilizar sus herramientas. Es necesario decir que cuando se inicializa un programa de análisis de vibración normalmente este cuenta solo con alarmas fijas (puesto que no hay un historial de datos para usar en los cálculos). Luego, cuando se recolecta entre cinco y diez lecturas (cinco es bueno, pero diez es mejor) entonces se puede cambiar al método estadístico.

Una nueva visión de la estadística: máquinas idénticas Hasta ahora, el tema de la generación de límites de alarma por medio de cálculos estadísticos se ha basado en lecturas tomadas de la máquina. Normalmente, se asume que las lecturas usadas en los cálculos estadísticos vienen de una fuente única. Esto es, que las alarmas estadísticas para el punto del rodamiento libre y vertical se generan con datos de un solo punto. ¿Pero debe ser así? Pensemos en otros términos por un momento. Si hubiera seis unidades mecánicas de bombeo ubicadas en fila y todas hicieran lo mismo, ¿cómo se compararían las lecturas de la vibración de un rodamiento de la unidad "A" con el mismo rodamiento de la unidad "B"? Si estuvieran fabricadas por la misma compañía y estuvieran bombeando el mismo fluido, ¿no se esperaría que los niveles fueran similares? Y si no lo fueran, ¿a qué se le podría atribuir? Si hubiera una diferencia en el nivel en una frecuencia o la otra, talvez se podría pensar que están en una condición diferente.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 1 9

Figura 7-20

Con esa información, ¿no se podría aprender algo sobre la bomba "A" a partir de la bomba "B"? Por ejemplo, si estas máquinas fueran monitoreadas durante seis meses y el rodamiento de la bomba "B" fallara y se conocieran los niveles de vibración alcanzados antes de que fallara (o si usted atestiguara el grado del desgaste cuando se reparó antes de fallar) ¿no sería eso de ayuda para determinar los límites de alarma de la bomba "A"? Si esto tiene sentido, entonces talvez los datos se pueden utilizar datos sacados de varias máquinas idénticas para genera alarmas estadísticas para todas las máquinas. Este concepto se puede llevar un paso más allá. Pero qué ocurriría si, mientras establecen las alarmas, se descubre que las unidades de la "A" a la "E" estuvieran bien, mientras que la unidad "F" mostrara algún tipo de problema. Talvez se podrían generar alarmas con base en los datos disponibles de las primeras cinco bombas (y si todas se probaran dos veces entonces habría diez conjuntos de datos para los cálculos) y aplicar esas alarmas en las seis bombas. Hacer esto incluso puede resaltar qué tan grave está realmente la bomba "F", pues ahora hay una buena referencia con la cual se puede comparar. No todos los paquetes de análisis de vibración dan soporte a estos cálculos (utilizar datos de vibración de varias máquinas), por ello verifique si es posible hacerlos con el paquete que usa actualmente. Los beneficios consisten en que los límites de alarma "maduros" se pueden generar rápidamente y la severidad de la condición de una familia se puede destacar con base en los datos de los otros. Con las estadísticas, “aprenda” de otras máquinas, establezca las alarmas más rápido e identifique pronto las máquinas que presentan anomalías Esta técnica también sirve como recordatorio al realizar análisis de vibración, también debería ser posible acceder a los datos desde otras máquinas idénticas a fin de determinar la naturaleza y la severidad de un problema (siempre es difícil saber qué es normal).

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 2 0

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Desviación estándar: En una cantidad de vibración, la desviación instantánea de la posición de equilibrio, considerada durante un largo período, tendrá un promedio o un valor medio. Si estos valores de desviación son elevados al cuadrado y luego promediados, entonces el resultado se llama la variación de la vibración. La raíz cuadrada de la variación se define como la desviación estándar de la vibración. Se puede considerar como el valor RMS de la desviación. Una vibración con una desviación estándar pequeña nunca se aleja mucho de su posición de equilibrio, mientras una con una desviación estándar grande realiza excursiones mayores. La desviación estándar se define como raíz cuadrada de la variación. Esto quiere decir que se trata de la desviación de la raíz promediada al cuadrado (RMS) a partir del promedio. Se define para darnos una medida de dispersión que (1) es un número no negativo y que (2) tenga las mismas unidades que los datos. En la práctica, a menudo se asume que los datos se toman de una población distribuida normalmente. Si la suposición es correcta, entonces alrededor del 68% de los valores están dentro de 1 desviación estándar de los valores promedios; alrededor de un 95% de los valores dentro de 2 desviaciones estándares, y un 99.7%, dentro de 3 desviaciones estándares. Información importante: La primera característica de los datos en bruto es el promedio. Este número se genera sumando los números contenidos en los datos en bruto y dividiendo entre la cantidad total de los números. Este concepto ya debería ser conocido para usted pues la mayoría de los datos de vibración son promediados. Una segunda característica de los datos en bruto es la variación. Esta es la medición de la dispersión de los datos o la propagación. La variación describe el grado en que un grupo de números está alejada de su promedio. La variación es una buena medida de la dispersión, pero el valor numérico no es intuitivo y, por tanto, difícil de interpretar. Una mejor medición de la dispersión es sacar la raíz cuadrada de la variación. Esta tercera característica de los datos se llama desviación estándar. Las unidades que se asocian con la desviación estándar son las mismas que se usan en las unidades de medición contenidas en los datos. Esto hace que la desviación estándar sea más fácil de relacionar con los datos en bruto y con el promedio. La desviación estándar tiene dos propiedades interesantes. Primero, el porcentaje de números de cualquier dato en bruto dentro de x desviaciones estándares es 100 �1 −

1

𝑥2

�. Por lo tanto, al

menos 88.88% de los números de cualquier base de datos en bruto estará entre 3 desviaciones estándares del promedio.

La segunda propiedad se aplica para los datos en bruto que tengan una distribución normal. Cuando los números aleatorios pasan entre los límites se produce una distribución normal. La dispersión de los datos se reduce a causa de una distribución normal de los datos. El resultado es que el 99.74% de los números de una base de datos con una distribución normal está dentro de 3 desviaciones estándares del promedio.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 2 1

Bandas de alarma Las explicaciones anteriores mostraban que los límites fijos de alarma y los cálculos estadísticos se pueden usar en la aplicación de los límites de vibración. ¿Pero cómo se aplican? Esta es una área en la cual el método por tomar depende totalmente del paquete de software que esté usando. En pocas palabras, hay "bandas de alarma", "alarmas de envolvente (o máscara)", "sistemas de experto" y "sistemas de inteligencia artificial". Este curso informa sobre las bandas de alarma y las alarmas de envolvente.

Figura 7-21 Para establecer las alarmas, es común disponer de seis a siete bandas. Generalmente, las bandas se definen por conjuntos de parámetros de análisis.

En términos simples, las bandas de alarma operan sobre el principio de que es posible considerar diferentes porciones de un espectro y diferentes mediciones “escalares” (lecturas globales, mediciones de rodamiento, etc.) y aplicar alarmas diferentes a cada banda. Por ejemplo, en un espectro, se podría crear una banda alrededor del pico de la velocidad de giro. Por ejemplo, el software se centrará en el nivel de vibración ubicado entre 0.9X y 1.1X. El software mirará la vibración en esa banda de frecuencia y calculará el nivel máximo, un nivel promedio, el nivel rms o algún otro parámetro relevante y verá si excede el límite. La misma técnica también se aplica a otros datos escalares tales como las lecturas globales, las lecturas de ondas pk-pk, cálculos del factor de cresta, mediciones de rodamientos y otros parámetros útiles. La banda puede llamarse con un nombre especial, como "1X", "pico de velocidad de giro", "desbalance" o como lo prefiera el usuario. Los límites que se aplican también quedan al criterio del usuario, ya sean límites fijos o límites calculados estadísticamente. También es común para el usuario ser capaz de establecer más de un límite por banda, por ejemplo, un límite de "alerta" y un límite de "falla".

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 2 2

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

De esta forma, puede haber disponibles para su uso seis o doce bandas (el número exacto se determinado por el paquete de software), y las bandas pueden cubrir rangos de frecuencia angostos (1X, 2X, 3X, etc.) o rangos más anchos de 1-10X, 0.2X - 0.8X (subsincrónicos), 10X-50X, etc. Naturalmente, las opciones varían dependiendo del paquete de software. Y el nombre que se les da a estas bandas también varía.

Cómo funcionan Si la amplitud del pico aumenta hasta sobrepasar el nivel de alarma, el límite de banda será excedido y la alarma se desencadenará.

Figura 7-22 La alarma de energía se desencadena a causa de la energía total de la banda, y no por un solo pico que sobrepase el nivel de alarma.

La alarma se puede configurar de forma que también mida la energía total de la banda. Esto significa que si la energía total del pico está a cierto nivel, se desencadenará una alarma de “energía” aunque ningún pico haya cruzado el nivel de alarma real. Refiérase a la Figura 7-22. Cuando se genera el informe de excepción, el software realiza todos los cálculos necesarios para, primero, extraer el valor de la banda y, luego, compararlo con el límite o los límites de alarma. A continuación, se genera un informe para notificar al usuario de cualquier excepción. Aquí es donde empieza la diversión… En un sistema bien configurado, el informe debe enumerar una cantidad pequeña de máquinas y la información presentada debe dar una indicación clara de lo que pueda estar sucediendo con la máquina. A lo largo del tiempo, los informes y los métodos usados para extraer los límites de alarma han mejorado, por ello los informes también han mejorado. No obstante y por desgracia, el esfuerzo, la habilidad, la experiencia y la paciencia que se necesita para establecer las bandas (o los conjuntos de parámetros para análisis) ha sido muy grande y el informe, por tanto, ha incluido demasiadas máquinas. Si más de un tercio de las  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 2 3

máquinas aparece, típicamente, en el informe, entonces el sistema no ha sido configurado correctamente. Este hecho, muy comúnmente, ha hecho que los ingenieros encargados del análisis de vibración se frustren y desistan volviendo al análisis manual. Afortunadamente, las bandas también pueden ser herramientas de análisis útiles y los datos extraídos de ellas se pueden usar para calcular tendencias y determinar cómo cambian los valores con el tiempo. Contar con un informe de excepción en operación tiene un gran valor. Si funcionan correctamente, los informes de excepción ahorran tiempo. El recolector de datos se debe cargar en la computadora; el informe debe ejecutarse; la lista de máquinas "en alarma" debe inspeccionarse y, luego, se debe decir el tiempo y toda la atención solo a las máquinas que parezcan tener problemas.

Frecuencias de bandas La mayoría de paquetes de software ofrecen al menos 6 bandas de frecuencia para los datos espectrales. Cada banda tiene una frecuencia mínima (Fmin) y una máxima (Fmax). Las compañías que usan los productos han ajustado las bandas para que funcionen bien con sus máquinas. Una de las compañías es General Motors. La tabla de abajo (la Figura 7-23) muestra las bandas de frecuencias que se usan típicamente, aunque hay bastantes variantes después de la tercera banda. Los ajustes comunes son: • • • •

Banda 1: (subsincrónica): 0.3 – 0.8x Banda 2: (1x): 0.8x – 1.2x Banda 3 (sincrónica): 1.2x – 3.5 x Banda 4: 4x a N dependiendo de la máquina.

Figura 7-23 Bandas de alarma de muestra de la especificación No. V1.0a-1999 de GM

Note las directrices para la frecuencia de paso de aspas en la Figura 7-24 y la Figura 7-25.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 2 4

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Figura 7-24 Límites estándares de GM para el desplazamiento positivo y las bombas centrífugas.

Figura 7-25 Descripciones de bandas de frecuencia para bombas.

Establecer el límite para cada banda es el reto. Aquí es donde la mayoría de programas fallan. Use guías impresas como la especificación de GM o los estándares ISO. Otra solución es usa un paralelo de la referencia o de los datos de la línea de base. La opción final es calcular estadísticas. Continúe ajustando las alarmas para que el Informe de excepción tenga un significado razonable. Cuando el informe de excepción continuamente muestra alarmas irreales, la gente se cansa de ver el informe y las ignora. Es mucho como el cuento de hadas del niño que asustaba a los demás diciendo que había visto un lobo... cuando realmente se presente un problema, la alarma será ignorada y habrá una falla de la máquina que habría podido ser evitada. Recuerde que en el capítulo sobre Monitoreo de condición se vio cuán importante es hacer algo con la

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 2 5

información recolectada; de lo contrario, no se está practicando el mantenimiento predictivo, solo se está experimentando el costo del monitoreo de condición pero sin sus beneficios. Ajuste los niveles de alarma de manera que proporcionen una advertencia precisa.

Figura 7-26 Quizás las bandas de alarma no sean tan sensibles como para percibir picos pequeños, como las frecuencias de los rodamientos.

Una limitación de las bandas de alarma es que las bandas no necesariamente son tan sensitivas como se necesita. Los cálculos de RMS están dominados por los picos más altos y los armónicos y las bandas laterales pueden ser ignorados. Los picos pequeños pueden crecer al lado de los altos y la alarma no será disparada. Esto es particularmente cierto en el caso de las frecuencias de rodamientos. Refiérase a la Figura 7-26.

Alarmas de máscara o de envolvente Las alarmas de envolvente (también conocidas como alarmas de máscara y no confundir con la detección de envolvente, que se usa en el análisis de rodamiento) utilizan otro método. En vez de descomponer el espectro en pequeñas bandas individuales, el límite de alarma se aplica a todo el espectro.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 2 6

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Figura 7-27 Alarmas de máscara o de envolvente.

Como se ve en este ejemplo, no se trata de una línea individual que recorre el espectro, sino que se trata de un envolvente que abraza el espectro en todas sus frecuencias. El beneficio de este método es que cada frecuencia queda cubierta, lo cual lo hace más sensible a los picos que aparezcan en frecuencias inesperadas. Mientras que una “banda” individual se puede usar para cubrir un amplio rango de frecuencia (por ejemplo, de 1X a 10X) un envolvente/máscara puede ser procesado para que tenga hasta 50 límites individuales que sigan la forma del espectro.

Figura 7-28 Al configurar los límites de alarma, se pueden especificar varios límites.

El aspecto negativo es que, dependiendo de la implementación específica, es posible que el informe de excepción no sea tan específico como para causar una excepción. Por ejemplo, si se descubriera que el pico de un espectro se excediera en 3560 CPM, a usted le gustaría saber qué significa eso. Un informe de excepción basado en banda puede etiquetar esto como "2X", y le permite ver una tendencia de valores previos desde esa banda: una característica que talvez no esté disponible en un sistema basado en envolventes.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 2 7

Sin embargo, algunos sistemas basados en envolvente también permiten la entrada de información de frecuencias de fallo (la velocidad de giro, el número de veletas de bombeo, etc.) y el informe de excepción relaciona automáticamente las excepciones con estas frecuencias conocidas. En este ejemplo, el software notaría que 3560 CPM es casi es el doble de la velocidad de giro y lo etiquetaría apropiadamente. El software calcula típicamente las alarmas de envolvente, aunque haya un paquete que permita que los límites se dibujen manualmente en el espectro. Cuando se inicializa un programa, no habrá un historial de datos que usar en el cálculo estadístico. En lugar de eso, el envolvente se puede calcular simplemente tomando el espectro de la línea de base (la primera medición que se recolectó) y duplicando todos los niveles a lo largo del espectro (talvez aplicar un umbral mínimo y uno máximo). Se pueden efectuar otros cálculos para habilitar el envolvente de modo que sea menos sensible a variaciones a una velocidad leve. De nuevo, es necesario consultar el manual del programa o preguntar a las personas de atención al cliente. Cada método tiene sus méritos y la verdadera cuestión es saber cuánto tiempo desea durar una persona para aprender las técnicas y configurar las alarmas.

Compensación de velocidad

Figura 7-29 La velocidad variable se compensa con anchos de banda proporcionales

Con las máquinas de velocidad variable debe haber una compensación para la velocidad o la banda disparará una alarma cuando la velocidad aumente. Esta compensación se hace cuando los anchos de la banda se definan. Se pueden definir con anchos constantes o con anchos de banda que sean proporcionales a la velocidad. La Figura 7-29 muestra el envolvente de la bandad proporcional.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

7 - 2 8

C A P I T U L O

S I E T E

–

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

Paralelo de amplitud

Figura 7-30 Paralelo de amplitud fijo.

La amplitud se puede definir de una de dos maneras. Se puede definir como un paralelo fijo que establece un valor a lo largo de todo el espectro. Por ejemplo, un paralelo de 0.1 ips significa que cada cajón tendrá un aumento de 0.1 ips antes de que la alarma se desencadene. Esto puede ser muy bajo par algunos picos, tales como los del paso de aspa, pero puede ser muy alto para percibir problemas de rodamiento. Refiérase a la Figura 7-30. Un método muy usado es utilizar un paralelo con una proporción de 150% superior a los datos de la línea de base. Esto permite que todos los picos cambien, pero está escalado para cada frecuencia. Refiérase a la Figura 7-31.

Figura 7-31 El paralelo de amplitud se basa en una proporción del valor de la línea de base.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

S I E T E

-

C O N F I G U R A R

L Í M I T E S

D E

A L A R M A

P

7 - 2 9

Debilidades

Figura 7-32 Una debilidad es que un pico cercano debe crecer 10 veces antes de alcanzar la alarma.

En la Figura 7-32 se demuestra una debilidad de las alarmas de envolvente. Un envolvente de nivel de alrededor de paso de aspa de 6x fue fijado en el pico de 6x. No obstante, ahora un pico pequeño de 6.2 órdenes ha crecido considerablemente. Tendrá que crecer mucho antes de que alcance el límite de alarma. Si este pico es la frecuencia de un rodamiento, puede llegar a las etapas finales o hasta caer antes de que alcance el límite de alarma.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Capitulo 8

Prueba de aceptación Objetivos: •

Describir 4 consideraciones para definir los requerimientos para la prueba de aceptación

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

8 - 2

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

El análisis de vibración se puede usar para mucho más que solamente diagnosticar condiciones de falla. Puede ser útil para un programa de organización de “prueba de aceptación” y garantizar que la maquinaria nueva y reconstruida está libre de fallas después de haberles dado mantenimiento. Cuando la prueba de aceptación es parte del proceso de compra, el equipo nuevo o reconstruido llega en mejores condiciones y tiene menos defectos y fallas de arranque. Cuando el criterio es parte e la orden de compra, las plantas no tienen por que aceptar maquinaria que no cumplan con el estándar. La orden de compra puede especificar dónde y cómo se hicieron las mediciones en la maquinaria, si se hicieron o no dentro de las instalaciones del proveedor, y quien las hizo. Además puede especificar los procedimientos para la medición en la planta antes y durante la instalación y después de la puesta en marcha. La aprobación formal de la máquina debe hacerse después de que ésta esté instalada, bajo cargas de trabajo normales y dentro de los límites establecidos. El seguimiento de estas pautas puede dar como resultado mejor equipo, con menos problemas y mayor vida útil.

Figura 8-1

Las organizaciones pueden fijar criterios para: • • •

Reunir a los fabricantes Reunir a los talleres reparadores Revisar maquinas nuevas y reacondicionadas de acuerdo a un estándar.

Estándares para máquinas nuevas Desarrolle patrones que el distribuidor debe seguir para la maquinaria nueva. Ellos deben hacer las mediciones en el momento y bajo las condiciones que usted especifique.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

P

8 - 3

Se recomienda que la orden de compra incluya las siguientes especificaciones: • • • •

Los puntos de medición de los cuales usted quiere obtener los datos de vibración. Amplitudes de vibración aceptables de cada punto de medición. El tipo de sonda y accesorios (fijos, magnéticos, etc.) que usted planea usar. El tipo de instrumentación que usted piensa usar.

Usted mismo puede tomar las mediciones, y decirles dónde y cómo las tomará y que niveles no deben exceder. Otra opción es que les de los patrones y que ellos tomen las mediciones. Las especificaciones deberían incluir: • • • • • • •

Localización de las mediciones. Tipo de mediciones (espectro, pulso de choque, etc.) Tipos de sensores que se usarán. Condiciones de carga durante la prueba. Periodo de estabilización después de la prueba. La capacitación del encargado de realizar la prueba. Limites de amplitud que no se deben exceder.

Las pruebas se pueden hacer en las instalaciones del fabricante. Sin embargo, si no es posible, las pruebas o mediciones se pueden tomar una vez que el equipo esté instalado, pero, aún así puede ser rechazado. El personal del comprador puede estar a cargo de las pruebas. La naturaleza de los exámenes debe especificarse en la orden de compra. Especifique la localización de las mediciones y detalle la nomenclatura de modo que todos entiendan exactamente de dónde se recolectaron los datos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

8 - 4

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

Figura 8-2 De la especificación GM No. V1.0a-1999

Figura 8-3 De la especificación GM No. V1.0a-1999

Especifique límites de alarma para diferentes tipos de máquinas. Estas alarmas se conocen comúnmente como “bandas de alarma”. A continuación se muestran los límites de alarma para un motor y una bomba. Las bandas están basadas en órdenes y los límites se muestran en unidades métricas e imperiales.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

P

8 - 5

Figura 8-4 Límites de alarma para un motor estándar. Cortesía GM.

Figura 8-5 Alarma de banda para bombas de pistones y centrífugas. Note los límites de paso de aspas.

Recolecte una medición de línea de fondo. Un representante de la compañía del comprador podría realizar un análisis de línea de fondo en la máquina durante la prueba final en las instalaciones del vendedor. Haga un registro de todos los datos de vibración y de fase para compararlos en el arranque.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

8 - 6

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

Figura 8-6 Obtenga datos de línea de base en la fábrica del vendedor. Recolecte datos de fase y datos de vibración para una comparación en el arranque.

Resonancias Después de la instalación, realice pruebas de resonancia de bomba en todas las tuberías y bases. Registre los datos de prueba de la bomba para una futura referencia. Si se detectan problemas mayores, usted podría requerir un examen completo de vibración. Cerciórese que las frecuencias de fallo no estimulen las resonancias, pueden ser mayores un 20% más que las frecuencias naturales.

Figura 8-7 Recolecte información de transciende de apagado y encendido al igual que pruebas de bomba. El margen de separación debería estar al menos 20% de la frecuencia natural. De GM.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

P

8 - 7

Figura 8-8 Recolecte información de transciende de apagado y encendido para determinar las mejores velocidades de operación.

Recolecte información de transciende de apagado y encendido para determinar las velocidades críticas y las zonas de resonancia. Corrija cualquier problema detectado durante el arranque antes de continuar con éste.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

8 - 8

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

RESONANCIA: (de GM) Si la frecuencia de cualquier componente armónico en un fenómeno de fallo periódico es igual o aproximada a la frecuencia de cualquier modo de la frecuencia de vibración natural de la máquina, una condición de resonancia podría estar presente. Las velocidades de operación deben tener un margen de separación (SM) de al menos un 25% de la velocidad de resonancia (o). Donde múltiples resonancias existen, la velocidad de operación estaría sobre o debajo de cualquier resonancia dada y removida de la resonancia por un margen de separación de al menos un 25% de la velocidad de resonancia.

Analice la corrida inicial de la máquina • • • • • • • • • • •

Corra la unidad sin acoplar y recolecte datos de vibración y de fase. Acople la unidad y la máquina, obtenga datos de vibración y de fase con la máquina funcionando sin carga y fría. Si es posible, recoja datos de vibración y de fase cuando la máquina se caliente. Recopile datos con la máquina descargada después de que la máquina alcance su temperatura de operación. Colecte datos con la máquina funcionando en carga completa. Obtenga datos adicionales cuando las bases se hayan calentado. Cross compare todos los datos recolectados con los datos de la maquinaria existente. Analice todos los datos para determinar si la máquina cumple con las especificaciones, si no es así, ¿por qué? ¿Se detectó algún problema en la posición de prueba? ¿El problema empeoro cuando se instaló? ¿El problema se originó en la instalación? ¿Estaba la máquina dañada en tránsito?

Estándares aceptables para equipo reparado Los estándares aceptables para equipo reacondicionado son muy similares a aquellos para maquinaria nueva, pero normalmente se negocia con una compañía diferente a la del fabricante. Las especificaciones se deben comunicar por escrito antes de la puesta en marcha de cualquier equipo reacondicionado.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

P

8 - 9

Cuando se involucra balanceo, especifique todos los detalles requeridos, incluyendo: • • • • •

La velocidad o velocidades en las cuales balancear el elemento giratorio. Límites aceptables de vibración en el balanceo. Si se requiere un balance de un solo plano o de dos planos Un balance correctivo de los elementos giratorios críticos. Un balance ajustado en el punto del plano cuando los elementos giratorios se instalen en sus propios rodamientos (registre todos los datos de vibración).

Definir los límites de alarma Desarrollo especificaciones para los límites de vibración aceptables después del reacondicionamiento. Infórmelos al personal de servicio del vendedor antes de que comiencen la reconstrucción. Determine que los límites de overhaul sean iguales a los del equipo nuevo si las bases y las monturas están libres de problemas. A continuación hay dos ejemplos de límites de alarma aceptables para abanicos y cajas de engranaje. Estos se tomaron de la especificación GM No. V1.Oa-1999.

Figura 8-9 Limites de alarma aceptables para un ventilador. De Gm.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

8 - 1 0

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

Figura 8-10 Niveles de alarma aceptables para una caja de engranaje. De GM.

Analice la corrida inicial de máquinas reparadas El procedimiento de arranque debería ser: • • •

Unidad de arranque desacoplada, registre los datos de vibración y de fase y compárelos con datos previos de maquinaria existente. Acople la unidad y la máquina, alinee la máquina de manera apropiada, y corra la máquina descargada, mientras está fría, recolecte, compare, y almacene datos de vibración y de fase. ¿La reparación corrigió el problema o se produjo uno nuevo??

Procedimiento para motores rebobinados • • • •

Revise los motores eléctricos rebobinados para detectar fallas eléctricas analizando la frecuencia de línea eléctrica en vibración 1x y 2x. Monitoree los motores eléctricos en la posición determinada y en el taller de reparación. Compare los datos con los datos no acoplados en el arranque. Los niveles de vibración no deberían incrementarse más de un 10%.

General Motors ha hecho un trabajo extenso en el área de prueba de aceptabilidad para mejorar sus productos y equipo. A continuación unos extractos de su proceso.

Extractos del estándar de GM: REQUERIMIENTOS DE MEDICIÓN PARA LA CERTIFICACION DE MAQUINARIA

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

P

8 - 1 1

8.2.1 Las medidas de vibración deberían: 8.2.1.1 Presentarse en el formato especificado en la sección 4 de este documento. 8.2.1.2 Ser la responsabilidad del proveedor a menos que el comprador especifique otra cosa. 8.2.1.3 Realizadas por personal calificado técnicamente, que tenga entrenamiento y experiencia en medición de vibración. Este personal debe, por lo menos, estar certificado como especialista en vibración I por el Vibration Institute, o un equivalente. Se debe presentar, como parte de los datos de certificación de vibración, el currículo de la persona a cargo de la certificación de vibración de la máquina donde demuestre sus títulos académicos y una copia de la certificación del Vibration Institute. 8.2.1.4 Ser tomados con la máquina operando como se especifico en la sección 9, en el cual se detalla la frecuencia de carga, ningún mecanizado existente como recortes o rechinamientos, etc. deben estar ocurriendo al momento de la recolección de datos de vibración de la máquina. Donde la carga potencial se especifica, la carga potencial de operación – ya sea la real o simulada – se deben aplicar durante la obtención de datos de vibración de la máquina. 8.2.1.5 Antes de tomar las mediciones de vibración, la máquina debe estar en estabilización hasta que alcance velocidad y estabilidad termal. 8.2.2 Las características de la vibración como se requieren en la sección 9 de esta especificación, se deben someter al departamento de mantenimiento del comprador o a otros representantes autorizados antes de autorizar la compra de maquinaria o equipo. 8.2.3 La certificación de datos de vibración de la máquina debe ser medida durante fuera de línea en las instalaciones del vendedor. En caso de que no sea práctico configurar y examinar una máquina completa en las instalaciones del vendedor, se deben hacer arreglos para realizar las mediciones en las instalaciones del comprador. Bajo esta circunstancia, el envío del equipo no exime al vendedor de la responsabilidad de reunir los límites de niveles de vibración especificados. 8.2.4 El comprador tendrá la opción de verificar los datos de vibración del equipo mientras la máquina está fuera de línea en el sitio de prueba del vendedor antes del envío, o en la planta especificada en la sección 8.2.3, antes de la autorización final de aceptación. 8.2.5 Los dibujos del diseño de la máquina se deberían entregar como parte de la certificación de vibración de la máquina. Los puntos de medición de vibración en la superficie de la máquina en los cuales las mediciones serán tomadas, se deberían señalar en los dibujos para los requerimientos de las secciones 4.0 y 5.0. Como una opción del comprador, se deben identificar en los dibujos del diseño de la máquina las velocidades del eje, tipo de engranes y número de dientes de los engranes, las

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P

8 - 1 2

C A P I T U L O

O C H O

–

P R U E B A

D E

A C E P T A C I Ó N

frecuencias del engranaje, el nombre del fabricante de los engranes, tipo, número y clase de rodamiento. Cuando se involucran cajas de engranes, un inserto, se debería incluir en los dibujos de diseño de la máquina un inserto como se ilustra en la Imagen 6C. 8.3 ACEPTACIÓN La autorización de aceptación de equipo o maquinaria basada en los limites de vibración de esta especificación requieren la firma del representante autorizado del comprador. Una copia de la aceptación se debe enviar al departamento de compra de la planta antes que la aceptación final se autorice.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

Apéndice A

Conocimiento del equipo © Reliability Maintenance Solutions Ltd (RMS Ltd) - 2007 Se prohíbe la reproducción parcial o total de esta obra.

Esta publicación no puede ser reproducida o distribuida total ni parcialmente de ninguna forma, ni por ningún medio, o almacenada en base de datos o sistema de recuperación, sin el permiso previo por escrito de Reliablility Maintenance Solutions Ltd. La información contenida en este documento puede cambiar sin previo aviso. Esta sección de conocimiento de equipo es un tema previsto que no será prestado, revendido, alquilado o de cualquier otro modo reproducido sin el consentimiento previo de Reliability Maintenance Solutions Ltd. En cualquier forma contractual o cubierta que no sea en la cual está publicado y sin una condición similar incluyendo este estado impuesto al subsiguiente comprador. A pesar de que se hicieron grandes esfuerzos para garantizar la exactitud de esta publicación, Reliability Maintenance Solutions Ltd. No se hace responsable de cualquier inexactitud u omisión de su contenido. Algunas organizaciones ficticias pudieron ser usadas en este libro y cualquier similitud a otras organizaciones, ya sean reales o imaginarias es mera coincidencia. Los nombres de otras compañías, productos y logos mencionados en este documento pueden ser las marcas registradas de sus respectivos dueños.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 2

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Motores eléctricos: Generadores y unidades. Motores de inducción – Un mirada general al equipo Componente

Tipo de falla

Eje

Desbalance, desalineación, desgaste

Rotor

Desbalance, fallas de la barra del rotor, rotor flojo, excentricidad

Estator

Soltura del estator, entrehierro incorrecto, fallas de embobinado

Alojamiento del rodamiento del motor

Solturas mecánicas, desalineación

Rodamiento

Jaula, bola/rodillo, defectos pista interna y externa, soltura en el rodamiento

Patas del motor

Soltura estructural / patas suaves

Bases

Soltura estructural, soportes torcidos

Controles de unidad/Paneles

Sistema de unidad defectuoso

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 3

Espectros de frecuencia típicos tomados a un motor de inducción – Condición normal

Tabla A-1 Componentes del motor y una vista general de la falla.

Electricidad y magnetismo Para entender la operación de un motor eléctrico se deben discutir los principios del magnetismo. Todos los imanes tienen un polo norte y un polo sur que tienen las siguientes características: • • • •

Polos iguales se repelen el uno al otro. Polos opuestos se atraen. Ambos polos atraerán a un metal magnético que no sea un imán en si mismo. Las líneas de fuerza se concentran en los polos, ya sean norte o sur.

Estas características de atracción y repulsión magnéticas causan que un imán montado en un pivote central gire en un círculo, lo cual forma la teoría básica para los motores de corriente alterna (A.C.) y motores de corriente directa (D.C.). Todos los imanes crean un campo, un área en la cual la fuerza magnética es lo suficientemente fuerte para trabajar. El campo magnético se forma de muchas líneas de flujo curvo, que se conocen como líneas de fuerza magnética o líneas de flujo. Estas líneas de flujo provienen del polo norte del imán, se curvan a través del espacio libre, y se reincorporan al polo sur del imán creando un solo campo magnético alrededor de ambos magnetos.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 4

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Figura A-1

Uno puede entender estas líneas como indicadores de dirección que la aguja de una brújula apunta si se coloca en esa posición. La fuerza de los campos magnéticos se mide en unidades de teslas (T). Cuando la corriente fluye a través de un cable crea un campo magnético en los ángulos derechos del cable. “La regla de la mano izquierda de Fleming” (también conocida como la regla de motor) asevera que si un cable es asido en la mano izquierda con el pulgar señalando en dirección al flujo de corriente en el cable, los dedos indican la dirección de las líneas de flujo magnético alrededor del cable. Esta regla es un método teórico para determinar el motor de dirección de las líneas del campo magnético y no un procedimiento que se pueda poner en práctica, puesto que resultaría en una electrocución.

Figura A-2 Regla de motor de la mano izquierda de Fleming

En caso de que la regla de la mano derecha de Fleming se aplique para determinar el movimiento, el campo o el flujo de corriente, dando dos de estas variables. En efecto, es lo mismo que la regla de la mano izquierda de Fleming, pero en este caso se usa la mano derecha. Si una bobina se rebobina alrededor de una barra de hierro (como se observa en la Figura de abajo), y se conecta a un abastecedor de batería o a una fuente similar de energía, el hierro se magnetiza y se comporta como un imán permanente. El campo magnético se representa por líneas entrecortadas y la dirección por puntas de flechas. La dirección del campo magnético producida por un flujo de corriente en un solenoide se puede deducir aplicando, ya sea el tornillo o la regla de agarre de la mano derecha.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 5

Por lo tanto, si el eje del tornillo o agarre se coloca a lo largo del solenoide y si el tornillo gira en la dirección de la corriente, esta viaja en dirección del campo magnético dentro del solenoide, particularmente hacia el polo norte como en la Figura siguiente.

Figura A-3 Campo magnético y flujo de corriente.

Teoría general de motores eléctricos En términos generales se puede decir que un generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica en la presencia de un campo magnético. Un motor eléctrico transforma la energía eléctrica en energía mecánica en la presencia de un campo magnético. Un motor eléctrico opera bajo el principio electrodinámico que dice que cuando un conductor transportador de corriente se coloca en un campo magnético, el conductor experimenta una fuerza cuando éste se inclina hacia el campo magnético. Cuando una corriente transportando círculo se coloca en un campo magnético de manera que encuentre un ángulo con el campo magnético, las fuerzas que actúan sobre el círculo lo harán girar, de este modo se produce la energía mecánica. El campo magnético se puede producir por un imán o por una corriente transportada por el arrollado de bobina en piezas de polo de acero suave. Los motores eléctricos usan este último método para producir un campo magnético, cuando operan, ya sea con suministros de corriente directa (D.C.) o de corriente alterna (A.C.).

Motores de corriente alterna (A.C. Motors) El motor de inducción de corriente alterna es discutiblemente el motor más comúnmente utilizado en la industria hoy en día. Un motor de inducción tiene un rotor magnético polifacético que no se activa por medio de una fuente externa. El rotor se hace de laminaciones con conductores sólidos llamados barras de rotor, que corren de un extremo del rotor al otro, y se conectan a cada extremo por un anillo de ajuste. Estas

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 6

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

barras de rotor se retienen paralelas una a la otra por dos aros posteriores (que son también conductores). Los tipos de rotores de corriente alterna incluyen: •

•

Rotor de jaula de ardilla –toma su nombre de su forma en virtud de un anillo en cada extremo del rotor, con barras conectando los anillos corriendo a lo largo del rotor. Es común ver formas de aluminio fundido entre las láminas de hierro del rotor, y usualmente solo los anillos de los extremos son visibles. La gran mayoría de las corrientes del rotor fluirán a través de las barras que por medio de resistencia más alta y usualmente láminas barnizadas. Voltajes muy bajos en corrientes muy elevadas son típicos en las barras y anillos; los motores de alta eficacia frecuentemente usarán cobre fundido para reducir la resistencia en el rotor. Rotores bobinados – se usan cuando se requiere una velocidad variable. El rotor bobinado tiene el mismo número de polos que un estator y el bobinado es hecho de alambre, conectados a anillos deslizantes en el eje del rotor. Los cepillos de carbón conectan los anillos deslizantes a un controlador externo como un resistor variable que permite cambiar la tasa de deslizamiento del rotor. En ciertas unidades de rotor bobinado de velocidad variable, la energía de frecuencia de deslizamiento se captura, rectifica y regresa al abastecedor de energía a través de un inversor. Los motores de rotor rebobinado son caros de comprar y conservar porque requieren mantenimiento de los anillos deslizantes y los cepillos. Desde el lanzamiento de dispositivos de frecuencia electrónica variable AC, los motores de rotor rebobinado son menos comunes.

• Figura A-4 Un rotor rebobinado en espera de rebobinado y un rotor de jaula de ardilla.

Un flujo circular de corriente a través de las barras del rotor ocurre si el rotor gira dentro de polos fijos de un campo magnético, causando que la corriente fluya a través del rotor y regrese (el flujo de corriente se invertirá dos veces durante una revolución del rotor). La corriente circulando a través de las barras del rotor lo transformarán en un electro magneto, el cual intenta auto sincronizarse al campo magnético de rotación del estator. Sin embargo, conforme el rotor se acelera hacia una velocidad sincrónica, la velocidad relativa entre el rotor y el campo magnético de rotación del estator se reduce, causando que la barra del rotor corte las líneas de flujo a una tasa más lenta. Esto origina que la corriente inducida en las barras del rotor descienda.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 7

Si el rotor alcanzará la misma frecuencia (sincrónica) que el campo magnético de rotación del estator, no habría corriente inducida en las barras del rotor, puesto que las barras del rotor no estarían cortando ninguna línea de flujo magnético, por consiguiente ningún torque inducido estaría presente. La velocidad del rotor (frecuencia fundamental) se rezaga detrás de la frecuencia del campo magnético de rotación del estator (conocida como frecuencia sincrónica) así que la fuerza de torsión generada por la corriente inducida iguala a la fuerza de torsión necesaria para manejar el motor. La velocidad rotacional de un motor de inducción se reduce ligeramente conforme la carga del motor se incrementa. Estructura de un estator de motor Tradicionalmente las pequeñas y medianas estructuras de estatores de motor y las tapas se hicieron de hierro fundido, y las construcciones fabricadas se usaron generalmente para motores grandes. Hoy día, los motores aún se hacen de estos materiales, pero el aluminio, acero prensado y acero blando también son materiales que se usan para su fabricación. Discutiblemente los diseños y materiales de los cuales se hace un motor dependen de la aplicación para la que se vayan a usar. Por ejemplo, los motores que tienen cercados a prueba de llamas deben ser lo suficientemente resistentes para soportar una explosión externa y para prevenir la propagación del fuego hacia el exterior, sus usos incluyen minas de carbón y plantas químicas.

Figura A-5 – Un motor pequeño de hierro fundido a prueba de llamas y un motor de aluminio.

Estator y núcleo del rotor Ambos, el estator y el núcleo del rotor se construyen con laminaciones de chapas de acero de calidad eléctrica, con un espesor común en un rango de 0.35 mm a 0.50 mm. La laminación del rotor se hace desde la parte central de laminación del estator y todas las laminaciones se blanquean para dimensionar el diámetro y mellar las ranuras antes de que se ensamblen los núcleos. Una capa delgada de aislante (comúnmente barniz) se pone en uno o en ambos lados de cada laminación para reducir la perdida de corriente Eddy.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 8

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Figura A-6 Un estator siendo rebobinado y un motor de inducción AC quemado.

Figura A-7 Una vista de una avería de un motor de inducción AC y un motor de inducción abierto.

En los motores de inducción AC el bobinado del estator tiene una velocidad magnética de rotación conocida como la velocidad sincrónica (ns). La velocidad real de un rotor se carga en condición a si hay “deslizamiento” entre la velocidad del rotor (n) y la velocidad del estator (ns). Este “deslizamiento” se puede expresar como un porcentaje, y comúnmente se encuentra en la región de 1% a 6% de la velocidad sincrónica a carga completa. Cálculo de la velocidad de un motor de inducción AC Velocidad sincrónica(N s ) = 120 * F / p Donde N s = Velocidad sincrónica, en Hz F = Frecuencia de abastecimiento AC, en Hz

Velocidad de deslizamiento = ns – n Donde N s = Velocidad sincrónica n = Velocidad del rotor

p = Número de polos

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 9

Número de polos

Velocidad sincrónica

Velocidad del rotor

2

3000cpm (50Hz)

2,900 rev/min

4

1500cpm (25Hz)

1,440 rev/min

Donde

6

1000cpm (16.6Hz)

960 rev/min

N s = Velocidad sincrónica, en CPM

8

750cpm (12.5Hz)

730 rev/min

Frecuencia de abastecimiento, en CPM

Número de polos = Frecuencia de abastecimiento x 120 / ns

Motores sincrónicos AC de tres fases Si las conexiones del bobinado del rotor de un motor de tres fases se sacan en anillos deslizantes y se alimentan en una corriente de campo separada para crear un campo magnético continúo, o si el rotor consiste de un imán permanente, el resultado es conocido como un motor sincrónico porque el rotor rotará en sincronización con el campo magnético de rotación producto de el abastecimiento eléctrico polifacético. Hoy día, los motores sincrónicos son frecuentemente manejados por unidades de frecuencia variable. Esto facilita enormemente el problema de encendido del rotor masivo de un motor sincrónico grande. También se pueden arrancar como motores de inducción usando un bobinado de jaula de ardilla que comparta el rotor en común. Una vez que el motor haya alcanzado la velocidad sincrónica, ninguna corriente se induce en el bobinado de jaula de ardilla así que tiene pocos efectos en la operación sincrónica del motor, además de estabilizar la velocidad del motor en cambios de carga. Motores de inducción AC de una fase Los motores de tres fases están muy lejos de ser los motores más comúnmente usados en la industria ahora. Sin embargo, para industrias pequeñas donde solo hay disponible energía de una sola fase, se puede usar un pequeño motor de inducción AC de una fase. Un tipo común de motor AC de una sola fase es el motor de inducción de fase dividida, usado en motores de tamaño pequeño. Estos motores generalmente proveen de una fuerza de torsión de arranque usando un bobinado especial; conocido como bobinado de arranque en conjunto con un interruptor centrífugo. En el motor de fase dividida, el bobinado de arranque se diseña con una resistencia más alta que el bobinado de marcha. Esto crea un circuito LR (resistor-inductor) el cual cambia ligeramente la fase de la corriente en el bobinado de arranque. Cuando el motor está en arranque, el bobinado  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 1 0

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

de arranque se conecta a la fuerza de energía a través de un conjunto de contactos cargados por resortes presionados por un interruptor no rotativo centrífugo. El bobinado de arranque se bobina con pequeños giros de un alambre más pequeño que el bobinado principal, así que tiene inducción más baja (L) y mayor resistencia (R). El porcentaje más bajo L/R crea un pequeño cambio de fase, no más de 30 grados, entre el flujo debido al bobinado principal y el flujo del bobinado de arranque. La dirección de arranque de rotación puede ser reservada simplemente intercambiando las conexiones del bobinado de arranque relativo al bobinado de marcha. La fase del campo magnético en este bobinado de arranque es cambiado desde la fase de las principales energías, permitiendo la creación de un campo magnético de movimiento el cual activa el motor. Una vez que el motor alcanza la velocidad de operación cercana al diseño, el interruptor centrífugo se activa, abriendo los contactos y desconectando el bobinado de arranque desde la fuente de energía. El motor opera solamente en el bobinado de arranque. El bobinado de arranque se debe desconectar una vez que éste haya incrementado la pérdida en el motor. En un motor de arranque con capacitor, un condensador de arranque se coloca en serie con el bobinado de arranque, creando un circuito LC el cual es capaz de un cambio de fase mucho más grande (de ahí, la fuerza de torque de arranque mayor). En un capacitor de arranque y un motor con capacitor, un capacitor se conecta permanentemente en serie con el bobinado de arranque. El torque de arranque es bajo pero el desempeño de marcha se aproxima a la de un motor de dos fases. El condensador inicia el motor adicionando gasto de manera natural a tales motores.

Figura A-8 – Motor con capacitor AC de una fase.

Motores D.C. Desde la introducción y comercialización de motores de velocidad variable A.C. y de unidades de control, los motores D.C. están siendo cada vez menos usados. Sin embargo, este no era el caso hace 10 años cuando era común ver motores D.C. gracias a sus diversas aplicaciones, en las cuales se requerían velocidades variables.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 1 1

Las dos formas más comunes de unidades D.C. son devenado y series de motores bobinados, donde los campos y las armaduras de los bobinados se conectan de forma paralela y en series respectivamente, relativo al abastecimiento. Configuración del estator D.C. El estator de un motor D.C. se hace de los siguientes componentes (dependiendo del tipo de motor D.C.): Estructura de imán- el principal campo de flujo esta fijo en espacio y por lo tanto es una estructura de imán típicamente hecha de acero fundido o acero suave. Polos de campo principales – las pulsaciones de flujo ocurren en las caras del polo debido a la armadura acanalada y por lo tanto, para reducir la pérdida, los polos del campo se construyen de laminaciones las cuales son usualmente remachadas juntas. Los bobinados de campo principales se posicionan concéntricamente en los polos de campos principales y conectados para que la polaridad sea alternativamente norte y sur. Interpoles – la inversión de la corriente en las armaduras de las bobinas ocurre en esos conductores posicionados entre los polos principales. Gracias a la reactancia inherente en las armaduras de las bobinas, la inversión de corriente se retrasa, y a no ser que se tomen medidas para contrarrestar este efecto, se experimentará conmutación deficiente, indicada por chispazos en los bordes de arrastre de los cepillos. La conmutación será mejorada si los cepillos se mueven hacia atrás relativo al eje neutral geométrico, y los cepillos de resistencia de contacto alta empleados. Es muy usual, sin embargo, en todos los motores con excepción de los de energía baja, incorporar interpolos entre los polos devenados principales. Los interpolos se montan el la estructura de imán y se estimulan por bobinas conectadas en serie con la armadura. La polaridad del flujo de los interpolos es tal como para inducir en los conductores de la armadura (en la cual la inversión de la corriente está llevándose a cabo) una fuerza electro motriz (e.m.f. por sus siglas en inglés) en posición con el reactivo auto inducido e.m.f.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 1 2

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Main Field

Interpoles

Figura A-9 Campos de un motor DC.

Bobinas compuestas- estas se localizan en los polos de campo principales y se conectan en serie con la armadura. La conexión compuesta acumulada, que da flujo auxiliando a los polos principales, posibilita una característica intermedia entre esos de la serie plana y los motores devenados que se obtienen, además que lleva la función de una serie de bobinas previstas para corregir una reacción de armadura. Configuración de armadura D.C. El centro de la armadura se construye de laminaciones de hojas de acero de calidad eléctrica que tiene una alta permeabilidad magnética y baja pérdida específica. La inversión de flujo ocurre en el circuito magnético de la armadura. Los conductores de la armadura se acomodan en ranuras de tipo semi cerrado o abierto. Las bobinas son de dos capas principalmente teniendo un ancho lo más cerca posible a la inclinación de polo. Las bobinas se conectan en onda.. Los motores DC de frecuencia baja generalmente tienen bobinas de armadura que son de tipo de giro múltiple que tienen conductores de sección redonda de alambre aislado. Para motores de frecuencia DC, donde se involucra corriente más alta, se usan conductores de sección rectangular. Los bobinados de onda tienen solamente dos circuitos paralelos en la armadura y dos conjuntos de cepillos, mientras que con bobinas de fase el número de circuitos paralelos y el número de conjuntos de cepillos es igual al número de polos (más adecuados para motores de corriente alta).

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 1 3

Figura A-10 – Rebobinado de una armadura DC

El torque se produce por una interacción del flujo de campo y las corrientes que fluyen en los conductores de la armadura. La fuerza de todos los conductores es tal como para dar la misma dirección de rotación, la cual puede ser determinada aplicando la regla de la mano izquierda de Fleming. Conmutador y engranaje de cepillo El propósito de un conmutador es rectificar el regreso e.m.f. inducidos en las bobinas de armadura a un voltaje D.C. adverso al voltaje de línea, y además para convertir la corriente de línea en corriente alternante en las bobinas de armadura. Los conmutadores son de forma cilíndrica y se constituyen de segmentos delgados de cobre de alta conductividad, que tienen ranuras retentivas en forma de V en ambos extremos. Los segmentos se retienen axialmente y radialmente por el extremo en forma de V y los anillos de ajuste de los cuales son aislados. Los extremos de los segmentos del conmutador adyacentes a las bobinas se preparan para la conexión en los extremos de la armadura de la bobina. En base a la tasa de la corriente y de la capacidad de disipación de calor de la superficie del conmutador decida la longitud del conmutador.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 1 4

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Figura A-11 Conmutador de motor D.C.

Los cepillos proveen una conexión eléctrica y por lo tanto un camino para que la corriente fluya entre los componentes estáticos y giratorios. Estos se elaboran de grafito de cobre o de composición de carbón, el cual da una baja disminución de contacto de voltaje, o baja pérdida de fricción y un índice bajo de desgaste.

Figura A-12 Cepillo de un motor D.C.

Engranaje de cepillo se usa para albergar los cepillos y provee un mecanismo para ajustar la presión del cepillo por medio de brazos de tensión ajustables por resortes. El engranaje de cepillo permite además un ajuste y una posición circunferencial de los cepillos relativos a los polos de campo.

Figura A-13 Engranaje de cepillo de un motor D.C.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 1 5

Bombas

Bombas centrífugas/una visión general al equipo Componente

Tipo de falla

Ejes

Desbalance, desalineación, desgaste

Impulsor de bomba

Desbalance, cavitación / problemas de flujo

Rodamiento

Jaula, bola / rodillo, defectos pista interna y externa, soltura dentro de los rodamientos

Alojamientos de rodamiento

Soltura mecánica, desalineación

Cuerpo de la bomba / envoltura

Soltura estructural, Pata suave

Bases

Soltura estructural, soportes torcidos

Acoples / Fajas

Soltura mecánica, desgaste, desalineación

Tuberías / Válvulas

Válvulas defectuosas pueden causar cavitación / problemas de flujo

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 1 6

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Espectro de frecuencia típico tomado de una bomba centrífuga – condición normal

Tabla A-2 Componentes de una bomba y una visión general de la falla.

Principios de operación de una bomba Las bombas mueven fluidos de un punto a otro agregando energía (no presión) a éste. Puesto que la energía se define como la habilidad para realizar un trabajo, agregar energía al fluido ocasiona que éste haga un trabajo (moverse por una tubería, llenar un tanque o fluir a un nivel más alto). Una bomba transforma la energía mecánica de un propela rotativa en energía cinética y potencial requerida para mover un fluido. La energía mecánica que seda al fluido es independiente de la densidad del fluido y se llama cabeza de bomba.

Figura A-14 Esquema de una bomba centrífuga.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 1 7

La cabeza de bomba se mide en metros (pies en la unidad de medida en inglés), y la cabeza generada por una bomba operando en una velocidad dada y capacidad es la misma para todos los fluidos. Por lo tanto, una cabeza de bomba se expresa en metros de líquido. Los términos cabeza y presión se usan indistintamente con frecuencia, pero no es correcto. Al expresar cabeza en metros usted está midiendo la energía producida por la bomba, puesto que cierto monto de energía se requiere para mover el fluido un número de metros determinado. Por ejemplo, considere una columna de flujo como se muestra en la imagen siguiente. La columna de fluido está a una cierta altura h arriba de la base de la columna. Debido a su altura, el fluido ejerce presión (igual a su masa por la gravedad) en la base del tubo. La cabeza es la altura del fluido y la presión es la fuerza ejercida por el fluido en virtud de su altura. Una columna de agua 0.704m (2.31pies) produce una presión de 0.068bar (1psi) en su base. Por lo tanto, cualquier presión medida para una columna de agua se puede convertir en metros de agua multiplicando la presión por 0.704. Para otros fluidos diferentes al agua, la altura que se necesita para producir 0.068 bar se obtiene dividiendo 0.704 por la gravedad especifica del fluido.

Figura A-15 Una cabeza de bomba.

Por ejemplo, una columna de agua de 70.4 m de altura produce una presión en su base de 6.8 bar (100 pis). La altura de una columna de petróleo (con una gravedad específica de 0.75) necesita producir 6.8 bar, puesto que 70.4 / 0.75 es igual a 93.8.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 1 8

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Tipos de cabeza El término general “cabeza” se refiere al total de energía dada a un fluido en una velocidad de operación y capacidad de la bomba dada. Hay muchas medidas diferentes de cabeza; sin embargo, cada una se refiere a un aspecto diferente de la operación de la bomba. La cabeza total contra la cual la bomba debe operar se llama sistema de cabeza, el cual se constituye por los tres componentes siguientes: 1. 2. 3.

Cabeza estática Cabeza de fricción Cabeza de velocidad

Cabeza estática Cabeza estática se refiere a las diferencias de elevación entre la succión y la descarga, y se puede medir ya sea entre los niveles del fluido o centro de línea de bomba. Tipo de cabeza

Descripción

Cabeza estática total

Diferencia en elevación entre los niveles de succión y descarga

Descarga estática

Diferencia entre el centro de línea de bomba y el nivel de descarga del fluido.

Cabeza de succión estática

Diferencia de elevación entre el centro de línea de bomba y el nivel de succión de flujo.

Tabla A-3 Tipos de cabeza

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 1 9

Figura A-16 Medición de cabeza estática.

Cabeza de fricción Cualquier fluido bombeado a través de un sistema de tubos se topa con fricción de los tubos y los ajustes. Por lo tanto la fricción es una pérdida de energía, para que le fluido se mueva, se debe dar energía suficiente al fluido superar la pérdida de energía causada por la fricción. Cabeza de fricción es la cabeza (medida en metros) que se requiere para superar la pérdida de fricción en el sistema. La cabeza de fricción cambia con la cantidad de flujo, el tamaño del tubo, los componentes en el sistema de tubería, y el tipo de fluido que está siendo bombeado. Cabeza de velocidad A medida que un fluido se mueva a través de un sistema de tubería, tiene cierta velocidad en cada momento dado. Esta velocidad (la cual es también una medida de energía cinética del fluido) se mide en metros, y se llama cabeza de velocidad. La velocidad de cabeza es igual a la distancia que la masa de un fluido tendría que caer para obtener la misma velocidad. Al tratar de determinar la cabeza total de un sistema, la cabeza de velocidad se debe añadir al calibre de la lectura de presión. Esto es porque la cabeza real es una suma de las cabezas de presión y velocidad, y el calibre de presión puede solo leer la energía de presión. NPSH (cabeza de succión positiva) Toda la materia existe en tres estados: solidó , liquido o gaseoso. En el diseño y la operación de bombas, primeramente nos interesa el bombeo de líquidos, las bombas para gas y aire no existen. La transición de un estado a otro se llama cambio de fase. Un cambio de fase requiere una transferencia de energía de calor. Cuando un líquido va de un estado líquido a un estado gaseoso (un proceso de vaporización), se debe añadir energía al líquido. Del mismo modo, para condensar un gas en líquido, la energía se debe remover del gas.  1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 2 0

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Los cambios de fase se asocian usualmente con la temperatura (por ejemplo, el agua líquida se transforma en hielo sólido a una temperatura de 32 grados Fahrenheit y a un vapor gaseoso a 212 grados Fahrenheit). Sin embargo, los cambios de fase también dependen de la presión, entre más baja sea la presión, es más baja la temperatura en cada cambio de fase. En cualquier temperatura dada, un líquido tiene una presión en la cual éste inmediatamente se transforma en vapor si se añade más temperatura. Esta presión se llama presión de vapor, y es muy importante al bombear líquidos. De otra manera, el líquido se convertirá en vapor y la bomba cavitará, causando vibración excesiva, daños en la propela y fallas en la bomba. Debido a la presión del vapor, la energía disponible para mover el líquido en la bomba es igual a la cabeza de succión total menos la presión del vapor. Si la cabeza total de succión se iguala exactamente a la presión de vapor, entonces toda la energía de la cabeza de succión sería expandida manteniendo el fluido en estado líquido, y ninguna estaría disponible para mover el fluido. Esta cabeza disponible (cabeza de succión total- presión de vapor en metros o pies) se llama “cabeza de succión positiva” y se abrevia NPSH (por sus siglas en inglés). Se hace una distinción entre la NPSH disponible y la NPSH requerida: • •

NPSH disponible es la diferencia entre la cabeza de succión absoluta y la presión del vapor del fluido en su temperatura de operación. Esta es una característica del sistema de bombeo. NPSH requerido es el más pequeño margen necesario entre la cabeza de succión y la presión de vapor. Esta es una característica del diseño de bomba.

Conforme la temperatura aumenta, la presión de vapor también se incrementa. El punto de ebullición de un líquido es la temperatura en la cual su presión de vapor iguala a la presión externa.

Tipos de bombas Hay principalmente dos tipos de bombas: • •

Bombas centrífugas Bombas axiales

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 2 1

Figura A-17 Bombas centrífugas y bombas de flujo axial.

Por favor apunte: hay muchos diseños diferentes de bombas, no todos caen dentro de estas dos categorías. Estas dos categorías de diseño de bombas comprenden la mayoría de bombas, y son útiles al discutir las características de vibración de éstas. Bombas centrífugas Una bomba centrífuga consiste de un elemento giratorio llamado propela que está encerrado en una pieza fundida. La propela se monta en un eje que se conecta a una fuente de energía externa por medio de un acople. La propela gira a alta velocidad dentro de la pieza fundida, haciendo girar al fluido bombeado a lo largo de este. La fuerza centrífuga obliga al fluido a salir de la bomba. Una bomba centrífuga común se ilustra en la siguiente imagen.

Figura A-18 Interior de una bomba centrífuga.

Cuando el fluido se retira de la periferia de la propela, se está moviendo a una rapidez mayor que cuando entró a la carcasa de la bomba. Conforme la presión del fluido se reduce su velocidad se incrementa, la presión baja creada por la propela origina succión en la entrada de la

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 2 2

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

bomba. Esta succión (la cabeza de succión) jala más fluido dentro de la bomba a través de la entrada. Muchas bombas usan solo una propela para crear la cabeza necesaria; tales bombas se llaman bombas de fase única. Para crear una cabeza muy grande, frecuentemente es más eficiente usar varias propelas operando en serie: la succión de una propela se toma de la descarga de otro. Tales bombas se llaman bombas de múltiples fases. La carcasa de la bomba tiene dos propósitos: • •

Guiar al fluido hacia la propela y proveer una pendiente de presión. Convertir algo de la energía de velocidad del fluido en energía de presión.

Es obvio que para desarrollar y mantener un área de presión baja, un medio de contención de esa área es necesario. El alojamiento de la bomba no solo ayuda a guiar al fluido dentro de la propela, también provee una pendiente entre la baja presión creada por la propela y la alta presión fuera de la bomba. La cabeza de la bomba tiene presión y componentes de velocidad. Para obtener un trabajo más eficiente fuera de la bomba, algo de la energía de velocidad se debe transformar en energía de presión. Esta conversión se realiza por uno de los dos siguientes medios: • •

Una voluta Veletas de difusión estática

Voluta Una voluta es una curva espiral que se amplía (como la concha de un caracol). La carcasa de una voluta tiene forma de espiral que rodea a la propela. El área de la voluta se incrementa firmemente alrededor de la propela, hasta que alcanza su mayor área en la abertura de descarga de la bomba. Esta área ayuda convertir algo de la energía de velocidad del fluido en energía de presión. Las bombas centrífugas con una carcasa de voluta se llaman bombas de voluta. La mayoría de las bombas voluta son bombas de una sola voluta, esto es, solo hay una voluta dentro de la carcasa de la bomba. La voluta tiene una curva de 360 grados, rodeando completamente la propela. Cuando una bomba de una sola voluta opera a su capacidad de diseño, fuerzas adyacentes uniformes actúan en la propela. Esto resulta en un movimiento radial de la propela radial cercano al cero.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 2 3

Figura A-19 – Carcasa de una bomba de voluta.

Si una bomba está operando a otra capacidad de la de su diseño, la presión en la propela será desigual. Estas fuerzas desiguales dan como resultado un movimiento radial de red de la propela. Esta deflexión radial puede conducir a un incremento de desgaste de rodamiento y una turbulencia de flujo excesiva, ambos problemas pueden ser causa de una vibración excesiva. Se ha generalizado la operación de bombas centrífugas en un índice de capacidad menor. Consecuentemente el riesgo de una deflexión de eje radial como resultado de presiones desiguales es mucho mayor. Para compensar, los fabricantes de bombas pueden incorporar ejes más pesados y rodamientos dentro de sus bombas, pero esta solución no siempre es práctica. Una segunda solución más práctica es el diseño de voluta gemela. Una bomba de voluta gemela incorpora una segunda curva de voluta dentro de la carcasa de la bomba. Ambas volutas son curvas de 180 grados, y se unen en la descarga de la bomba. El propósito de estas dos volutas es que las presiones desiguales alrededor de la propela creen dos fuerzas radiales, cada una en magnitud similar a la otra pero en dirección opuesta. Las dos fuerzas se neutralizan, y la deflexión neta del eje en capacidad reducida está cercana a cero. Las volutas gemelas tienen la ventaja de proveer rigidez adicional a la carcasa de la bomba. Veletas de difusión Las veletas de difusión son un conjunto de veletas estáticas que rodean la propela de la bomba. Las veletas de difusión convierten cierta energía de velocidad en energía de presión, por lo tanto no se requiere una carcasa de voluta. Las bombas con veletas de difusión son muy sensibles a la tasa de flujo de fluido. Cuando una bomba está operando a índice de flujo, el ángulo del fluido dejando las veletas de difusión es igual al ángulo de las veletas de difusión, el resultado es un mínimo de turbulencia.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 2 4

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Sin embargo, cuando una bomba no está operando a su índice de flujo, los fluidos encuentran las veletas difusoras en un ángulo incorrecto, dando como resultado una turbulencia. Incluso una mínima desviación de un 5 a un 10% del índice de flujo puede ocasionar una sacudida y turbulencia para reducir la cabeza total, y la consecuencia es que la bomba opera en una condición inestable. Tipos de bombas centrífugas Podemos clasificar las bombas centrífugas en muchas maneras: • • •

Por tipo de propela Por la orientación del eje Por tipo de reventadura en la carcasa

Tipos de propela Las propelas de las bombas centrífugas se clasifican de acuerdo al tipo de flujo (la manera en que el fluido entra a la propela), el tipo de succión y su construcción mecánica. Los tipos de flujo incluyen: • • •

Flujo radial - El fluido entra a la propela de manera radial Flujo axial - El fluido entra axialmente Flujo mixto – Una combinación de flujo axial y radial

Los tipos de succión incluyen: • •

Succión única - El fluido entra a la propela desde un lado solamente Succión doble - El fluido entra a la propela de ambos lados

Tipos de diseños de propela mecánica: • • •

Encerrado – Los extremos de la propela están cubiertos Abierto – Las veletas de la propela no están cubiertas Semi abiertas – La propela está parcialmente cubierta

Orientación del eje Las bombas centrífugas se pueden clasificar por el eje de su eje: ya sea vertical u horizontal. Las bombas horizontales se pueden categorizar como: • • • •

Succión superior – la entrada de succión se localiza en el extremo de la bomba Succión inferior – la entrada de succión está en la base de la bomba Succión de punta Succión lateral

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 2 5

Las bombas verticales se pueden categorizar como: • •

Fosa húmeda – la bomba se sumerge en su abastecedor de succión, ejemplo las bombas de succión de aguas negras Fosa seca – el suministro de succión es llevado a la bomba por medio de tubos

Bombas axiales Las propelas de las bombas axiales se parecen a los propulsores de un barco, de ahí que también se llamen bombas de propulsión. El flujo del fluido de succión y descarga en una bomba axial son paralelos al eje de rotación de la propela. El fluido entra a la propela en un sentido axial, y las veletas de la propela son a menudo superficie de sustentación, y corren a una holgura excesiva en la carcasa de la bomba. Las veletas de la propela cortan el fluido a lo largo de sus bordes conductores, los cuales son golpeados de la dirección del flujo. Con forme la propela gira, el fluido es empujado hacia adelante por la inclinación delantera de las veletas. El flujo que sale de la propela tiene un componente axial y un componente rotacional, el último de los cuales pierde cierta de su energía al fluido, causando que éste gire mientras baja por el tubo. Este componente rotacional se necesita remover, de otra manera resultará en la cabeza desarrollada por la bomba que no está disponible como una cabeza total útil. Típicamente las veletas difusoras se localizan en la carcasa corriente debajo de la propela, en consecuencia el enderezamiento del flujo, y la conversión de cierta velocidad en energía de presión útil. Para fluidos grandes se usa un dispositivo llamado scroll (el cual es una curva de voluta) en lugar de veletas difusoras. Bombas axiales de fase múltiple utilizan veletas guías colocadas en la entrada de succión en lugar de difusores. Estas veletas guía ocasionan que el fluido gire en dirección opuesta a la rotación de la propela, reduciendo la presión corriente arriba de la propela Conforme la propela da su componente rotacional al fluido, éste anula la rotación del fluido el cual sale de la propela de manera axial.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 2 6

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

Glosario de términos relacionados a las bombas Término

Descripción

Cabeza

(1) Una medida de energía que el agua tiene un punto dado en el sistema de agua expresado en metros (o pies); (2) Una medida de presión o fuerza ejercida por el agua expresada en metros (o pies).

Cabeza de velocidad

Una medición del monto de energía en el agua debido a su velocidad y movimiento.

Cabeza de presión

Una medición del monto de energía en el agua debido a su presión.

Propela

Elemento en movimiento en una bomba que conduce el fluido.

Eficacia

El índice del total de salida de energía a la entrada de energía total expresado como un porcentaje.

Imprimación

La acción de la puesta en marcha del flujo en una bomba o tubo de sifón. En una bomba centrífuga, este involucra el llenado de la carcasa de la bomba y el tubo de succión con agua. Tabla A-4 Glosario de términos relacionados a las bombas.

Abanicos

Abanicos centrífugos – Una vista general del equipo Componente

Tipo de falla

Eje

Desbalance, desgaste

Impulsor del abanico

Desbalance, problemas de flujo

Rodamiento

Jaula, bola / rodillo, defectos de pista interna y externa, soltura en los rodamientos.

Alojamientos del rodamiento

Soltura mecánica, desalineación.

Cuerpo del abanico/ Carcasa

Soltura estructural / pata suave.

Bases

Soltura estructural, soportes torcidos.

Acoples / Fajas

Soltura estructural, desgaste, desalineación.

Ducto / Amortiguador

Problemas de flujo.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 2 7

Espectro de frecuencia típica tomado en un abanico centrífugo – Condición normal

Tabla A-5 –Componentes del abanico y una vista de la falla.

Principios de operación Los abanicos se diseñan para mover el aire contra presiones moderadas (la resistencia total del aire en un sistema de ductos). La presión, la temperatura, la densidad, la viscosidad y la humedad en el aire tienen un efecto en el rendimiento de diseño del abanico.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 2 8

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

A continuación se enlistan algunos de los términos que se usan para describir la operación del abanico: •

•

•

•

•

Presión – fuerza por área de unidad, por ejemplo Newtons por metro cuadrado. La presión del abanico se mide comúnmente en Pa (Pascal); 1 Pa = 1 N /m². La presión del abanico se expresa en los tres términos siguientes: Presión total del abanico – la diferencia entre la presión en la entrada del abanico y la salida de éste. La presión total del abanico es igual a la suma de la presión de velocidad del abanico y la presión estática del mismo. Presión de velocidad del abanico – la presión que resulta de la velocidad de aire promedio en la salida del abanico. Cualquier flujo en movimiento (ya sea líquido o gas) ejerce cierta fuerza por unidad de área en virtud de su movimiento. Si usted sostiene su mano en la salida del abanico sentirá el movimiento del aire chocando contra usted. La fuerza de este empuje, debido a la velocidad del movimiento de aire, es el resultado de la presión de velocidad del abanico. Presión estática del abanico – la presión total del abanico menos la presión de velocidad de éste. Una vez que la presión ha sido removida, todos los restos es la presión del aire que no se mueve (por ejemplo estático). La presión estática del abanico es lo que la mayoría de la gente considera cuando se refiere a l presión del abanico. Poder del aire – el trabajo hecho por un abanico al mover el aire contra una presión constante. El poder del aire del abanico se encuentra con la fórmula que a continuación se presenta. P = pQ Donde P = poder del aire p = diferencia de presión entre la entrada y la salida del abanico.

•

Eficacia del abanico – igual al poder del aire / poder de salida del abanico * 100%. El poder de entrada del abanico puede ser el poder absorbido por el rotor, o puede incluir poder absorbido por los rodamientos y otros componentes de unidad.

Curvas del abanico Una presión del abanico, los requerimientos de poder, y la eficacia todas se relacionan con el volumen de flujo de aire a través del abanico. Si cada uno de estos componentes se representa en una sola gráfica relativa al flujo de aire, se crea un conjunto de curvas llamadas curvas del abanico, como se ilustra en las siguientes imágenes.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 2 9

Figura A-20 Ejemplo de curvas de abanico.

La forma de estas curvas varía de acuerdo con el tipo de abanico.

Tipos de abanicos Hay dos tipos principales de abanicos: • •

Centrífugos De flujo axial

Abanicos centrífugos Los abanicos centrífugos (también llamados de “flujo radial”) consisten en una propela que gira en una carcasa de forma espiral. Por lo general, el aire entra en la carcasa desde la dirección axial de la propela y se descarga en la periferia de esta. En la siguiente figura se muestra un abanico centrífugo típico.

Figura A-21 – Abanico centrífugo

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

Produced by Grupo Marro

www.mobiusinstitute.com

P A - 3 0

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

A veces, las aspas de la propela están cubiertas, es decir, tienen placas soldadas en uno o en los bordes del aspa. Esto le da fuerza a la propela y reduce la pérdida de presión causada por la fuga de aire entre la propela y la carcasa del abanico. El trabajo que lleva a cabo un abanico centrífugo (la presión) depende del ángulo del aspa, que es el ángulo de la punta del aspa con respecto a la dirección de rotación. La presión del abanico aumenta conforme lo hace el ángulo del aspa. Los abanicos centrífugos pueden ser centro suspendidos o en voladizo: •

Centro suspendido - La propela está colgada entre los rodamientos y está sujeta a cada lado, como se ilustra en la figura siguiente.

Figura A-22 – Abanico centro suspendido.

•

En voladizo: El abanico está montado de manera que la propela está suspendida sobre ambos rodamientos (es decir, el abanico está fuera borda de los rodamientos), como se ilustra en la siguiente figura.

 1999-2010 Mobius Institute – All rights reserved

www.mobiusinstitute.com

Produced by Grupo Marro

A P É N D I C E

A

–

C O N O C I M I E N T O

D E L

E Q U I P O

P A - 3 1

Figura A-23 – Abanico en voladizo

Los abanicos centrífugos pueden ser accionados de varias formas, entre ellas: • • •

•

Acoplar el abanico directamente al motor. Propulsar el abanico con una faja. Directamente, por medio de un motor (es decir, el impulsor se monta directamente en el eje del motor, en realidad el abanico no tiene un eje ni rodamientos, sino que descansa solamente en el eje del motor y en sus rodamientos). Usar a acople fluido.

Hay tres tipos de aspas de abanico centrífugo: Aspa curvada hacia atrás: el aspa se inclina desde la dirección de rotación en un ángulo de >90º (típicamente alrededor de un 80% y se usa para ventilar instalaciones como minas de carbón o túneles). Aspa radial: el aspa concuerda con la dirección de rotación exactamente a 90º (típicamente a un 75% y se usa principalmente para mover aire que está saturado de sólidos. Aspa delantera: el aspa se inclina en la dirección de rotación a un ángulo de