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ING. MECÁNICA EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

ANÁLISIS DE VIBRACIONES Parámetros y espectros

NOMBRE: FABIAN PÉREZ, MIGUEL MILLACHEO, NOLAN PROVOSTE. CARRERA: ING. MECÁNICA EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL. ASIGNATURA: ANÁLISIS DE VIBRACIONES II. PROFESOR: MIGUEL GUERRERO. FECHA: 01/05/2019

ÍNDICE ANÁLISIS DE VIBRACIONES ........................................................................................................................ 1 Parámetros y espectros .................................................................................................................................. 1 1

Introducción ............................................................................................................................................ 4

2

Algunos términos utilizados en análisis de vibraciones que veremos .................................................... 5

3

Objetivos generales ................................................................................................................................. 6

4

Objetivos específicos ............................................................................................................................... 6

5

¿Qué es el desalineamiento en máquinas? ............................................................................................. 7

6

Imágenes de taller realizado. .................................................................................................................. 8

7

8

9

6.1

Frecuencia utilizada en motor. ........................................................................................................ 8

6.2

Motor desalineado. ......................................................................................................................... 8

6.3

Velocidades medidas en motor desalineado. ................................................................................. 9

6.4

Motor alineado. ............................................................................................................................... 9

6.5

Velocidades en motor alineado..................................................................................................... 10

Gráficos espectrales de maquina desalineada ...................................................................................... 10 7.1.1

Medición VERTICAL (ISO RMS) .............................................................................................. 10

7.1.2

Medición VERTICAL (ISO SPEC) ............................................................................................. 11

7.1.3

Medición VERTICAL (ISO TIME) ............................................................................................. 11

7.1.4

Medición AXIAL (ISO RMS) .................................................................................................... 12

7.1.5

Medición AXIAL (ISO SPEC) ................................................................................................... 13

7.1.6

Medición AXIAL (ISO TIME) ................................................................................................... 13

Gráficos espectrales de maquina alineada............................................................................................ 14 8.1.1

Medición VERTICAL (ISO RMS) .............................................................................................. 14

8.1.2

Medición VERTICAL (ISO SPEC) ............................................................................................. 15

8.1.3

Medición VERTICAL (ISO TIME) ............................................................................................. 15

8.1.4

Medición AXIAL (ISO RMS) .................................................................................................... 16

8.1.5

Medición AXIAL (ISO SPEC) ................................................................................................... 17

8.1.6

Medición AXIAL (ISO TIME) ................................................................................................... 17

Tablas de comparación de espectros .................................................................................................... 18 9.1.1

Interpretación de datos ......................................................................................................... 18

9.1.2

Comparación ISO SPEC vertical ............................................................................................. 18

9.1.3

Comparación ISO SPEC axial.................................................................................................. 18

9.1.4

Comparación ISO RMS vertical.............................................................................................. 19

9.1.5

Comparación ISO RMS axial .................................................................................................. 19 2

10

Evaluación Severidad Vibratoria ....................................................................................................... 19

11

Análisis y conclusión sobre la maquina ............................................................................................. 20

12

Recomendaciones ............................................................................................................................. 21

13

Tabla de severidad vibratoria ............................................................................................................ 21

14

Conclusión. ........................................................................................................................................ 22

15

Bibliografía......................................................................................................................................... 23

3

1 Introducción El análisis de vibraciones una asignatura práctica del área formativa de la especialidad, cuyo propósito es que los estudiantes desarrollen su capacidad para evaluar alternativas de mejora y optimización de las máquinas rotatorias, reduciendo de detenciones imprevistas que impliquen demoras innecesarias en los procesos productivos, utilizando técnicas de monitoreo y análisis de la severidad vibratoria. Esta asignatura también tiene el propósito que los estudiantes profundicen su capacidad de diagnóstico y corrección de fallas, las que afectan a los sistemas mecánicos de este tipo de máquinas. Esta asignatura se aborda metodológicamente con prácticas de taller y análisis de casos. En esta oportunidad analizaremos una maquina alineada y desalineada, donde tendremos que hacer mediciones de espectros y también tendremos que poder identificar los cambios que se producen al momento de que esta máquina se encuentra desalineada, para ello usaremos el equipo Adash A4900. Luego de realizar las mediciones correspondientes llevaremos los datos a una tabla donde podremos comparar cada espectro. La importancia de todo esto es poder identificar los cambios que se producen en máquinas y equipos que se encuentren en funcionamiento, para poder así garantizar un mejor funcionamiento y poder alargar el tiempo de vida de cada equipo sin que se produzcan fallas inoportunas. El mantenimiento todos los días está evolucionando, y con él, también se ha incrementado el uso de los instrumentos electrónicos de medición. Ahora vemos que empresas industriales de toda envergadura, están complementando su visión de realizar mantenimientos correctivos y preventivos para asegurar disponibilidad, con un mantenimiento proactivo que alberga conceptos relativamente nuevos tales como confiabilidad

(mantenimiento

predictivo),

mantenimiento

basado

en

condición,

aseguramiento de la calidad del mantenimiento. Finalmente, la disponibilidad aumenta, las intervenciones disminuyen y el cumplimiento de los compromisos de producción queda asegurado. El Recurso Humano Proactivo es la clave y la Tecnología es la principal herramienta de esta gestión.

4

2 Algunos términos utilizados en análisis de vibraciones que veremos Alineación: Posición en la cual las líneas centro de dos ejes deben ser lo más colineales posible, durante el tiempo de operación normal de la máquina. Análisis Espectral: Es la interpretación que se le hace a un espectro para determinar el significado físico de lo que pasa en una máquina. Axial: Posición del sensor que va en el sentido de la línea del eje. Diagnóstico: Proceso por medio del cual se juzga el estado de una máquina. Espectro: Sinónimo de dominio de la frecuencia. Frecuencia: Es el recíproco del período y significa número de oscilaciones completas por unidad de tiempo. Horizontal: Generalmente es la posición que se le da al sensor, que va perpendicular al sentido de la gravedad. Hz: Unidad más común de la frecuencia. Equivale a ciclos por segundo. Pico: Cada una de las líneas que componen el espectro. Pulsación: Elevación y caída en la amplitud de vibración causada por dos fuentes de vibración que están a frecuencias muy cercanas. RPM: Otra de las unidades de frecuencia. Equivale al número de ciclos por minuto que presenta la máquina. Sensor: Es un dispositivo de medición que transforma una variable física en una señal eléctrica. En nuestro caso pasa de una señal física de vibración y la convierte en una señal eléctrica. Señal: Es toda información de magnitud física variable que se convierte a magnitud eléctrica mediante un transductor. Vibración: Es un movimiento oscilatorio.

https://www.monografias.com/trabajos-pdf5/analisis-vibraciones/analisis-vibraciones.shtml

5

3 Objetivos generales 

Comprender la importancia que tienen las vibraciones en el área industrial.



Desarrollar habilidades analíticas y experimentales mediante la observación y el desarrollo de experimentos en las áreas de vibraciones, para evaluar, diseñar y/o optimizar componentes o sistemas mecánicos.



Desarrollar en el alumno su potencial de análisis y experimentación para las propuestas de innovación tecnológicas y el desarrollo de nuevas investigaciones.

4 Objetivos específicos 

Describir de forma general los componentes y funcionamiento de los máquina y equipos a analizar, mencionar frecuencias características de funcionamiento.



Analizar espectros vibratorios identificando las causas de sus componentes.



Conocer las formas de medición de las vibraciones.



Analizar este equipo que es utilizado comúnmente en la industria.



Conocer y utilizar herramientas que nos ayudarán en el análisis de las vibraciones.



Entregar recomendaciones de mantenimiento en base a los datos obtenidos.

http://www.mty.itesm.mx/dia/deptos/im/m95864/

6

5 ¿Qué es el desalineamiento en máquinas? La desalineación es uno de los problemas más frecuentes de vibraciones en máquinas rotativas y se debe a la dificultad que presenta la alineación de dos rotores con sus respectivos apoyos. La desalineación puede tener su origen en causas muy diversas como: excesiva confianza en la utilización de acoplamientos elásticos y rodamientos autoalineables, distorsiones en la máquina durante su operación que producen desplazamientos del sistema conductor o conducido, etc. La desalineación producirá unos niveles de vibración muy elevados en las proximidades del acoplamiento que pueden llegar a precipitar la degradación de los rodamientos, el desgaste de los tacos del acoplamiento, la rotura de pernos, el sobrecalentamiento excesivo del sistema conductor por un aumento del consumo eléctrico, etc., por lo que es conveniente corregirla antes de que produzca daños más considerables que pueden llegar a producir paros en la máquina.

https://power-mi.com/es/content/desalineaci%C3%B3n

7

6 Imágenes de taller realizado. 6.1 Frecuencia utilizada en motor. Para este taller se trabajó con una velocidad de 39,2 Hz

6.2 Motor desalineado.

8

6.3 Velocidades medidas en motor desalineado.

Velocidad conductora

Velocidad Conducida

6.4 Motor alineado.

9

6.5 Velocidades en motor alineado.

Velocidad conductora

Velocidad conducida

7 Gráficos espectrales de maquina desalineada 7.1.1 Medición VERTICAL (ISO RMS)

10

7.1.2 Medición VERTICAL (ISO SPEC)

7.1.3 Medición VERTICAL (ISO TIME)

11

7.1.4 Medición AXIAL (ISO RMS)

12

7.1.5 Medición AXIAL (ISO SPEC)

7.1.6 Medición AXIAL (ISO TIME)

13

8 Gráficos espectrales de maquina alineada 8.1.1 Medición VERTICAL (ISO RMS)

14

8.1.2 Medición VERTICAL (ISO SPEC)

8.1.3 Medición VERTICAL (ISO TIME)

15

8.1.4 Medición AXIAL (ISO RMS)

16

8.1.5 Medición AXIAL (ISO SPEC)

8.1.6 Medición AXIAL (ISO TIME)

17

9 Tablas de comparación de espectros 9.1.1 Interpretación de datos La interpretación de datos es el segundo eslabón en el proceso de análisis de la vibración. Es acá donde se selecciona los mejores datos de los tomados para en síntesis determinar el estado de la máquina. Para lograr esto en la industria se cuenta con múltiples herramientas como tablas de severidad vibratorias establecidas en conjuntos por ingenieros del mundo y plasmadas en las normas 2372 y 10813-3. 9.1.2 Comparación ISO SPEC vertical

1x 2x 3x 4x

9.1.3

Desalineada 2,75 mm/s 0,418 mm/s 0,039 mm/s 0,183 mm/s

Alineada 2,73 mm/s 0,332 mm/s 0,043 mm/s 0,142 mm/s

Diferencia 0,02 mm/s 0,086 mm/s 0,04 mm/s 0,41 mm/s

Alineada 2,73 mm/s 0,74 mm/s 0,063 mm/s 0,053 mm/s

Diferencia 0,29 mm/s 0,67 mm/s 0,005 mm/s 0,004 mm/s

Comparación ISO SPEC axial

1x 2x 3x 4x

Desalineada 3,02 mm/s 1,41 mm/s 0,058mm/s 0,057 mm/s

18

9.1.4

Comparación ISO RMS vertical Desalineada Alineada

9.1.5

2,18 mm/s 1,99 mm/s

Comparación ISO RMS axial Desalineada Alineada

2,67 mm/s 2,38 mm/s

10 Evaluación Severidad Vibratoria La evaluación severidad vibratoria se define como unidad de medida para cuantificar la severidad vibratoria el valor RMS de la velocidad ¿para qué conocer la severidad vibratoria? Las vibraciones en general son dañinas para las máquinas pues generan 3 problemas.  Generan esfuerzos en los diferentes elementos los cuales si superan la resistencia de ruptura del material éste se romperá.  Generan fatiga en las piezas de máquinas, sometidas a esfuerzos variables y repetidos en un gran número de veces, se rompen bruscamente, sin que deformación permanente alguna anuncie su rotura.  Generan fuerzas de inercia: Las fuerzas de inercia se definen como el producto de la masa por la aceleración y frecuentemente se comete el error de no considerarlas en los análisis, lo que ha impedido en varios casos poder determinar la causa de ciertas fallas

http://repobib.ubiobio.cl/jspui/bitstream/123456789/1178/1/Duran_Rivas_Ricardo.pdf

19

11 Análisis y conclusión sobre la maquina Se utiliza la norma ISO 10816-3 este estándar limita la severidad vibratoria para evitar grandes esfuerzos, fatiga de los elementos de la máquina y bases soporte y grandes fuerzas de inercia. La severidad vibratoria queda determinada por el mayor valor obtenido de la Velocidad RMS medida en un rango de 10 a 1000 HZ sobre las cajas de sus descansos.

Al momento de proceder a la toma de mediciones en la máquina, se observó que el motor se encuentra desalineado con respecto a las correas es decir no formaban un ángulo de 90º entre sí. Lo cual provoca que las correas no trabajen de forma uniforme. Este desalineamiento provoca una sobrecarga en el eje del motor, generando fuerzas mayores sobre los descansos lo que implica un deterioro prematuro de estos últimos. Y en relación con los espectros resultantes, nos pudimos percatar que tiene alzas de pick considerables en un 80% todo esto en relación con el desalineamiento que se provocó en la polea.

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12 Recomendaciones PARA DESALINEACIÓN: 2x 1x AXIAL 3x FRECUENCIA ANGULAR: Ocurre cuando el eje del motor y el eje conducido unidos en el acople, no son paralelos. Caracterizado por altas vibraciones axiales. 1X RPS y 2X RPS son las más comunes, con desfase de 180 grados a través del acople. También se presenta 3X RPS. Estos síntomas también indican problemas en el acople. Para corregirlo, el conjunto motor-rotor deben alinearse. Debe emplearse un equipo de alineación adecuado. 2x 1x AXIAL 3x FRECUENCIA PARALELA: Los ejes del motor y del rotor conducido están paralelos, pero no son colineales. Se pueden detectar altas vibraciones radiales a 2X RPS, predominante, y a 1X RPS, con desfase de 180 grados a través del acople. Cuando aumenta la severidad, genera picos en armónicos superiores (4X , 8X). Se debe alinear el conjunto para corregir el daño. Debe emplearse un equipo de alineación adecuado.

https://www.monografias.com/trabajos-pdf5/analisis-vibraciones/analisis-vibraciones.shtml

13 Tabla de severidad vibratoria

21

14 Conclusión. El análisis de vibraciones forma parte del mantenimiento predictivo. En el caso del taller realizado analizamos el estado de los componentes para así poder determinar el momento oportuno para realizar la detención del equipo al cual se le realiza la medición y gestionar la mantención correspondiente. En el taller realizado, se ejecutaron mediciones en primera instancia, con un motor en funcionamiento que se encuentra desalineado, donde los ejes de la maquina conductora y conducida no poseen la misma línea de centros. lo cual provoca: -

Mayor consumo de energía

-

Niveles de vibración muy elevados

-

Rotura de ejes

-

Fallos en rodamientos

-

Problemas de acoplamiento

-

Daño o aflojamiento de sujeción de equipos

-

Etc.

Según lo que muestran los espectros y después de haber analizado la tabla confeccionada con la información recopilada por el instrumento de medición. En el espectro o punto 3x se aprecia claramente el desbalanceo del equipo. Por otra parte, nos podemos percatar que es el único que muestra una diferencia relevante comparados con los otros picos de espectros. También nos dimos cuenta de que en la medición Axial nos entrega mayor amplitud en mm/s. Además, frecuentemente la amplitud del 2X de frecuencia es mayor que la amplitud del 1X de la frecuencia de giro. Cuando la desalineación paralela llega a ser severa, puede generar unos elevados picos de amplitud a unos armónicos de la frecuencia. En conclusión, podemos decir que una maquina desalineada nos entregara espectros de 1x,2x,4x,5x…etc. más altos que si medimos una maquina en su estado normal y alineada. Esto deja en evidencia que haciendo un buen análisis de vibración y sabiendo utilizar las herramientas empleadas, podemos encontrar fallas relevantes en los equipos y maquinas en proceso evitando fallas inoportunas y que puedan afectar toda una producción de una línea de proceso o una planta en producción.

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15 Bibliografía Dr. Saavedra Gonzales Pedro. Bases del mantenimiento predictivo y el diagnostico de fallas en máquinas rotatorias. Concepción, Chile. Universidad de concepción, Depto. de Ingeniería Mecánica. Daza Hernández Gonzalo. Apunte del curo “vibraciones mecánicas”. Concepción, Chile. Universidad Técnica Federico Santa María, sede concepción, 2007. Zenteno Juan. Reconocimiento de frecuencia de falla. Concepción, Chile. LMIngenieros EIRL Mantenimiento Predictivo.

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