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AREA MECANI CA.

PRACTICO SOBRE EL DIAGNOSTICO DE FALLAS MEDIANTE ANALISIS DE VIBRACIONES. “Desalineamiento paralelo.”

NOMBRE: Diego Armando Huenchupani Andrade. CARRERA: IMMI. ASIGNATURA: Análisis de vibraciones II. PROFESOR: Sr. Cristian Arancibia. FECHA: 12/12/16

1 Introducción. El análisis de vibraciones como asignatura fue de gran interés ya que ir más allá al momento que falla una maquina llama la atención a cualquier ingeniero mecánico, tener la capacidad de saber el estado de “salud” de los equipos en la industria, o poder monitorearlas de forma confiable son una de las ventajas que aporta el análisis de vibraciones. Hoy nosotros como estudiantes tenemos una gran ventaja, puesto que contamos con equipos para monitorear de alta tecnología, que facilitan la interpretación de los espectros y su manipulación. En el siguiente trabajo se analiza el comportamiento espectral de una maquina que se encuentra intencionalmente desalineada, y de esta manera compararlo con lo que dice la teoría y autores sobre las vibraciones mecánicas. En un principio existió una dificultada, ya que al desalinearla no fue suficiente para que la amplitud de los espectros se manifestaran con gran magnitud, por lo tanto se tuvo que realizar el proceso dos veces para poder convencer al lector, de que la teoría y la práctica del desalineamiento se cumplen de gran manera. Cabe destacar que se utilizaron dos equipos que cumplían la función de prestar ayuda en los análisis, estos fueron, el respectivo equipo analizador de vibraciones mecánicas ADASH - A 4400, y el equipo para alineamiento SHAFTALING, que facilitaron para cumplir con los objetivos de este proyecto.

2 Objetivo general. Demostrar de manera cuantitativa la falla de desalineamiento paralelo en la maqueta para el análisis de vibraciones mecánicas de la institución.

3 Objetivos específicos.  Investigar la teoría de la falla por desalineamiento paralelo.  Alinear la maqueta con la ayuda de un instrumento, y realizar una análisis de vibraciones en optimas condiciones.  Realizar la falla, desalineando la maqueta en sentido horizontal.  Realizar análisis de vibraciones con el instrumento, en condición de falla.  Analizar los espectros vibratorios obtenidos por el análisis.

4 ¿Qué es el desalineamiento en maquinas? 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.

La desalineación de acopiamientos puede medirse empleando relojes comparadores y corregirse con galgas sobre las patas del sistema móvil de la máquina (generalmente el motor). En la actualidad, hay sistemas comerciales precisos para la medida y corrección de la desalineación, basados en unas fijaciones que soportan los relojes comparadores e incluso sistemas láser. Estos sistemas se apoyan en instrumentos de captura automática de medidas, cálculo de correcciones aplicables y representación en pantalla de las tolerancias y del movimiento de corrección. La desalineación tiene lugar cuando existe poca precisión en la alineación entre pares de piezas, como son los elementos de un acoplamiento, rodamientos, ejes y poleas. La desalineación normalmente se manifiesta con una fuerte vibración en las direcciones axiales y radiales. Las lecturas axiales pueden presentar los primeros armónicos de la velocidad de giro, 1x, 2x y 3x RPM. Las lecturas radiales presentan normalmente actividad a 1x y 2x RPM. Bajas amplitudes en la frecuencia del tercer armónico y superiores.

5 Tipos de desalineamiento. 

Desalineamiento angular: Hay desalineación angular cuando las líneas centrales de dos ejes se cortan formando un ángulo.

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Desalineamiento paralelo: Existe una desalineación paralela cuando el eje se encuentra desalineado de forma simétrica en sentido horizontal o vertical.

6 ¿Cómo analizar los espectros de desalineamiento paralelo? Según la carta de diagnostico, la desalineación paralela posee síntomas de vibración similares a la angular pero muestra una alta vibración radial que se aproxima a 180° fuera de fase a través del acople. 2X es por lo regular mayor que 1X, pero su altura respecto a 1X es por lo general debida a el tipo de acople y construcción de este. Cuando cualquier desalineación, Angular o Radial, se vuelve severa, puede generar tanto picos de gran

amplitud a altas armónicas (4X-8X) como también toda una serie de armónicas de alta frecuencia, similares en apariencia a la soltura mecánica. El tipo de acople y el material influyen de gran manera a todo el espectro cuando la desalineación es severa. No presenta por lo general un incremento de ruido en el piso.

7 Desarrollo del tema. La siguiente actividad consiste en simular una falla típica en elementos mecánicos como lo es el desalineamiento paralelo, para lograr el objetivo será necesario alinear la maqueta que se quiere estudiar con el instrumento de alineamiento shaftaling y seguir los pasos correspondientes para su buena manipulación. Luego de que la maquina se encuentra alineada y en optimas condiciones de funcionamiento se debe crear una ruta de medición en el software DDS 2016 para en análisis de vibraciones, de esta manera se puede utilizar el instrumento que capta las vibraciones en la maqueta. Con la ruta ya realizada se puede comenzar a medir las vibraciones, y capturar los espectros correspondientes a cada punto de medición.

Lo que sigue es desalinear la maqueta y comprobar con el instrumento de alineamiento si se encuentra desalineado, y volvemos

medir con el instrumento de análisis de

vibraciones para captar espectros en condición de falla. Con todo lo anterior ya realizado, prosigue la parte final en donde se deben pasar los datos del instrumento de medición al software y estudiar los espectros para observar como se comportan en condición de falla.

8 Alineamiento del banco de vibraciones mecánicas. Para realizar el alineamiento del banco para análisis de vibraciones y dejarlo en optimas condiciones de funcionamiento, es necesario utilizar el instrumento de alineación shaftaling OS3, propiedad de la institución, su utilización es muy simple ya que dicta paso a paso como llevar a cabo el alineamiento de la maquina. A continuación dejo un extracto del manual de usuario que se encuentra en la web. 

La función intuitiva "Auto-flow" del sistema guía al usuario paso a paso a la hora

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de introducir las dimensiones de la máquina. Sólo son necesarias 3 ó 4 lecturas a lo largo de un ángulo de rotación de por lo menos 70° para determinar el estado de alineación con exactitud.

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Todos los resultados de alineación relevantes se muestran en una pantalla, incluida la evaluación del estado de alineación, mediante una "carita sonriente" y

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un LED. Alineación inteligente y precisa gracias al inclinómetro electrónico activado que se emplea en este modo de medición. La medición puede llevarse a cabo en 3 ó 4 posiciones, girando en cualquier dirección. La posición angular del sensor se tiene en cuenta automáticamente en los cálculos realizados durante el posicionamiento del eje, eliminando posibles errores del usuario.

Para alinear la maqueta, primero es necesario completar los primeros datos que solicita la pantalla del instrumento, como la distancia entre el sensor y el receptor o prismas, la distancia que existe entre el sensor y el centro del acoplamiento, el diámetro del acoplamiento, la distancia entre el centro de este ultimo hacia el pie más cercano, las rpm de la maquina, y la distancia que existe entre los pies de la maquina móvil. Con todos los datos completados de procede a centrar el laser el cual se indica en la pantalla del instrumento, cuando ya esté centrado se puede comenzar a girar el eje para que el instrumento haga mediciones en los puntos seleccionados que mostrara la pantalla. A la hora de medir la pantalla solicitara entre 3 a 4 puntos en el radar que resaltaran de color verde, cuando se haya cumplido esto, el instrumento entregara el informe del estado de la maquina, el que se identificara con una cara feliz o “OK” en el caso que

esté en buenas condiciones, pero también puede salir una cara triste aduciendo que se encuentra en malas condiciones y se debe alinear en sentido horizontal o vertical según indique la pantalla. Además de esto también se puede simular el “pie cojo” que se emplea para soltar o apretar cada una de los apoyos del soporte según indique la pantalla. A continuación se muestran imágenes de la medición de alineamiento que fue realizada para dejar el banco en buenas condiciones.

Como se puede ver en la segunda imagen, se aprecia de manera clara que la maqueta se encuentra alineada y dentro de los rangos para un buen funcionamiento, dando garantías de que la maquina esta fuera de posibles fallas y daños pos desalineamiento. En este momento es cuando se puede realizar el análisis de vibraciones y monitorear la maquina en óptimas condiciones.

9 Análisis de vibraciones con maquina alineada. Una vez que la maquina se encuentra alineada, podemos realizar el análisis de vibraciones, pero antes es necesario realizar la ruta de medición, en donde hay que destacar los datos de la maquina como sus rodamientos, la velocidad de rotación, que es 1000rpm, y los puntos de medición que serán los dos soportes en direcciones radial horizontal, radial vertical, y axial.

También, y según la teoría las variables físicas que se deben utilizar son, velocidad RMS, velocidad PEAK, velocidad TIME, y velocidad FFT, estas cuatro variables serán primordiales para obtener una medición más clara y acertada del desalineamiento. Con la ruta ya realizada se debe cargar al equipo y comenzar con la medición en cada unos de los soportes.

Los resultados que se obtuvieron se muestran a continuación:  Medición soporte un radial vertical: Acá se puede apreciar como predomina el 1x con una amplitud de 0.8 mm/s aprox.

 Medición soporte uno, radial horizontal: Existe un predominio del 1x con una amplitud muy baja, también se aprecia el 2x pero con muy baja amplitud.

 Medición soporte uno, axial: Se aprecia el 1x, 2x, 3x con muy bajas amplitudes.

 Medición soporte dos, radial vertical: Se aprecia un leve predominio del 1x, también se observa el 2x y 3x.

 Medición soporte dos, radial horizontal:

Predomina una frecuencia del rodamiento, y luego de eso el 1x, más abajo se aprecia el 2x y 3x con amplitudes inferiores.

 Medición soporte dos, axial: Predomina el 1x y aparece el 2x con una amplitud menor.

Luego del análisis que se realizo se puede apreciar como las amplitudes son más bien normales, y bajas, también casi en

todos los puntos predominaba la frecuencia

fundamental del equipo (1x) que se encontraba a los 16.67 Hz. Las imágenes obtenidas

son características de una maquina que se encuentra en buenas condiciones de funcionamiento, claramente se observan armónicos pero la teoría dice que no existe maquina que no vibre y además no se pueden eliminar el 100% pero si se pueden controlar.

10 Desalineamiento del banco. Para desalinear el equipo y simular la falla, es necesario mover los soportes de los rodamientos junto con el acoplamiento en sentido horizontal del eje. Para comprobar lo anterior se debe utilizar nuevamente el instrumento de alineamiento, el cual deberá dar

los resultados de un equipo en malas condiciones. A continuación se muestran imágenes del equipo desalineado.

Las flechas de la primera imagen muestran la dirección en que fueron desplazados los soportes en el plano de la maquina. Se puede apreciar con claridad como la maqueta fue desalineada en sentido horizontal, ya que instrumento da una cara triste en ese sentido, pero en vertical se mantiene en buenas condiciones. Esta de más decir que el acoplamiento también debe ser aflojado para desalinearlo, sino no sería un desalineamiento paralelo, seria angular.

11 Medición del banco con falla por desalineamiento. Los análisis anteriores fueron necesario para demostrar que la maquina se encontraba alineada, y en perfecto estado desde el punto de vista del análisis de las vibraciones mecánicas para una perfecta puesta en funcionamiento. A continuación se muestran los

espectros que se captaron con la maquina desalineada en sentido horizontal para demostrar un desalineamiento paralelo de gran magnitud, a tal punto que cuando el banco comenzó funcionar, el motor eléctrico tendía a moverse de su posición en la cual estaba fijada por pernos, eso producto al alto grado de desalineamiento que se intento simular en el equipo.  Medición soporte 1, radial vertical: Acá se aprecia como la amplitud en comparación con la primera medición aumento su amplitud considerablemente bordeando los 2 mm/s

 Medición soporte uno, radial horizontal: Esta es quizás la medición más significativa, en donde el espectro es mas predominante que en todos los demás puntos, se puede deber a que es el que

está más cerca al motor, por lo tanto realiza un mayor esfuerzo cada vez que realiza una rotación, su amplitud (1x) llega a los 5.5 mm/s aproximadamente.

 Medición soporte uno, axial:

La medición en sentido axial, realiza un cambio considerable en cuanto a la amplitud del 1x, 2x y 3x, el primero de estos con la mayor magnitud. También se manifiesta con una amplitud mayor al 2x, el 5x.

 Medición soporte dos, radial vertical: En este punto de medición, se aprecia el predominio del 1x, pero con una amplitud más bien baja con respecto a otros puntos, además se observa cómo se manifiesta el 2x, 3x, y 5x.

 Medición soporte dos, radial horizontal:

Esta medición también deja varios puntos que argumentar, por ejemplo llama la atención como el 1x es el punto con menor amplitud, y el 6x es el que tiene mayor amplitud con 2.5 mm/s, esto tiene una explicación y es porque la teoría dice que “cuando cualquier desalineación angular o radial se vuelve severa puede generar tanto picos de gran amplitud a altas armónicas de 4x a 8x.”

 Medición soporte dos, axial:

El punto dos en sentido axial tiene una amplitud similar a la del punto uno, también en sentido axial, se aprecian varios armónicos de la velocidad de rotación.

Luego de determinar cómo se comporta la maquina analizada bajo la falla del desalineamiento, se aprecia de manera clara como se cumple la teoría, ya que los

espectros más relevantes se dieron en el sentido radia, tanto vertical como horizontal, pero más en este último, dejando a la vista un desalineamiento paralelo. También hay que destacar que aparecieron espectros antes del 1x los cuales se aducen a alguna frecuencia de los rodamientos que estaban en los soportes. El hecho de que en las mayorías de los puntos la frecuencia predominante haya sido el 1x, y no el 2x se debe al tipo del acople y su construcción, ya que la teoría dice que no siempre en un desalineamiento paralelo la frecuencia predominante es el 2x. El hecho de que en uno de los puntos de medición el espectro predominante no fuera ni el 1x, 2x ni 3x, sino que el 6x, se debe a la desalineación severa que existía en el eje y la maquina completa.

12 Conclusión. Con el trabajo ya finalizado, las conclusiones que surgen son muchas como por ejemplo que tanto la teoría como la práctica del desbalanceo paralelo se cumplen, que en muchas mediciones pueden aparecer espectros los cuales no se identifican pero que tiene relación con los rodamientos, el tipo de acoplamiento o incluso si alguien golpea la maquina el sensor captara su onda. Además es necesario destacar la importancia que tiene la recopilación de información sobre el tipo de falla, ya que en eso se basa el análisis de vibraciones mecánicas, sin la teoría no sabríamos como interpretar cada uno de los espectros que se obtienen. Otra conclusión es la importancia que tiene el monitoreo de equipos con la ayuda del análisis de vibraciones, puesto que se pueden evitar muchas fallas que se resumen en costos para la organización que se ve afectada.

13 Anexos. Banco de vibraciones mecánicas en donde

Se

realizaron

los

análisis. Equipo para realizar alineamiento en Maquinas marca SHAFTALING. Equipo para el análisis de vibraciones

ADASH A4400.

Posición optima del emisor y receptor; componentes del equipo para alinear.