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INFORME DE PPS

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO POR ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN EQUIPOS CRÍTICOS

TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES LAS MAQUINAS Y LAS VIBRACIONES Una máquina ideal no produciría vibraciones, ya que toda la energía se emplearía en el trabajo a realizar. En la práctica, las vibraciones aparecen como consecuencia de la transmisión de fuerzas cíclicas por los diversos mecanismos. Los elementos de la máquina reaccionan entre sí, transmitiéndose las fuerzas por toda la estructura hasta disipar la energía en forma de vibraciones. Un buen diseño producirá bajos niveles de vibración, pero en la medida que la máquina se vaya desgastando, aparecerán sutiles cambios en sus propiedades dinámicas. Los ejes se desalinean, los rodamientos se desgastan, los rotores se desbalancean y las holguras aumentan. En el pasado remoto, los ingenieros de planta podían reconocer por medio del tacto y escucha si una máquina marchaba con suavidad o si se avecinaba alguna avería. Hoy, debido a que la mayoría de la maquinaria gira a velocidades en la que la frecuencia de las vibraciones es muy alta, se hace necesario el uso de instrumentación para detectarlas y medirlas. CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS Uno de los fenómenos más comunes que producen vibraciones en una máquina rotativa de la planta es: El desbalance dinámico. Este tipo de vibración mecánica en las máquinas rotatorias produce fuerzas centrífugas (dirección radial) que cambian de dirección en el espacio, conforme gira la máquina. El comportamiento de este tipo de fuerza es senoidal (cíclico) y depende de la frecuencia de vibración de la máquina. Otro elemento que puede provocar vibraciones es El desalineamiento en los elementos rotativos. Este caso se da por ejemplo, cuando no existe paralelismo entre un eje y sus chumaceras; lo que provoca un aumento en la magnitud de vibración de los apoyos o calentamiento en las chumaceras. Otra fuente importante que puede llegar a producir aumento en las vibraciones es: La Flojedad. Este fenómeno se da cuando existen desajustes en los elementos de transmisión, tales como: fajas, cadenas, ruedas dentadas y acoples. Estos desajustes provocan que los elementos se aflojen, iniciando un proceso de aumento de la magnitud de vibración en los elementos de apoyo (chumaceras). Una causa muy común de vibraciones consiste en las fallas en las Chumaceras. Debido a que estos elementos son los que soportan la carga de los ejes, están propensos a fallar por desgaste, calentamiento o por consecuencia de desalineamientos y desbalances en los ejes. EFECTOS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS Los efectos que producen las vibraciones mecánicas de la planta son contraproducentes, tanto para sus equipos, como para el personal y para las estructuras que lo soportan. Una vibración excesiva, puede ocasionar: •

Pérdida de la capacidad del personal de operación de la planta de realizar eficientemente sus actividades, lo que retarda la producción y esto incurre en pérdidas económicas para la empresa.

•

Riesgo de accidente para el personal que labora cerca de los equipos operando bajo condiciones de vibraciones altas. Por ejemplo, operadores trabajando cerca de los molinos.

•

Reducción de la vida útil de los equipos en forma considerable, lo que hace menos rentable la producción.

•

La existencia de vibraciones indica que la máquina no opera en óptimas condiciones, por lo que el consumo de energía se incrementa e incurre en pérdidas para la empresa.

•

Generación de ruidos excesivos, que producen daños al personal, lo cual está penalizado por la legislación laboral. Para poder resolver y corregir todos los problemas que ocasionan las vibraciones mecánicas, se han diseñado diferentes Técnicas de Análisis de vibraciones que estudian el comportamiento de las vibraciones. Con el uso de Análisis de Vibraciones, se logra determinar con bastante precisión las condiciones a la que está sometida una máquina rotativa. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES El Análisis de Vibraciones requiere de toda la información necesaria del equipo que se desea monitorear. La información útil para el análisis es:

•

El tipo de rodamientos.

•

Las velocidades de giro.

•

Las condiciones de apoyo.

•

Potencia del equipo.

•

Condiciones de Carga. En la actualidad, el análisis de vibraciones se realiza a través de dispositivos electrónicos. Los fundamentos básicos en los que se basa el Análisis de Vibraciones son: MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE DE LOS CUERPOS Como ya sabemos, toda vibración mecánica simple tiene un comportamiento periódico repetitivo en el tiempo; por lo que podemos decir que una vibración mecánica sigue la tendencia de una función senoidal. (Fig. 3.2) La forma general como se puede representar un movimiento armónico simple es: X = A sen (⍵t + ᛰ) Las componentes principales de una vibración mecánica en función de una onda senoidal, son: Amplitud de la vibración: Es el desplazamiento que tiene un punto o un cuerpo desde su posición de equilibrio.

Frecuencia de Vibración: Es el número de vueltas que realiza un elemento rotatorio por unidad de tiempo. Período: Es el tiempo que tarda un elemento en dar una vuelta (ciclo).

FIGURA 3.2. Vibración armónica simple senoidal continua TEOREMA DE FOURIER El teorema de Fourier, es un método matemático utilizado para transformar una función periódica cualquiera, a una única serie trigonométrica uniformemente convergente a dicha función, llamada Serie de Fourier. Gráficamente, podemos ver el comportamiento de una señal analizada por el teorema de Fourier: (Fig. 3.3)

FIGURA 3.3. periódica)

a) Vibración continua de muchas frecuencias;

b) Vibración irregular (No

La forma matemática como se puede representar el teorema de Fourier es: Señal de Entrada: X1 = A1 sen (⍵1t(2π) + ᛰ1(π/180) Señal de Salida:

X2 = A2 sen (⍵2t(2π) + ᛰ2(π/180) Donde el comportamiento total de la vibración, viene dado por la suma algebraica de las señales. Basándose en estos principios físicos y matemáticos, se puede proceder a analizar de una manera mas profunda el fenómeno de las vibraciones. COMPONENTES DE UNA SEÑAL DE VIBRACIONES En una máquina, las señales de vibraciones son la suma de las aportaciones de diferentes señales generadas por su respectiva fuente de excitación, las cuales se presentan como una sola señal. El análisis de vibraciones busca separar el conjunto de señales en sus componentes más importantes. Existen dos formas de poder visualizar las señales de vibraciones en un equipo en general: •

Dominio de Tiempo

•

Dominio de Frecuencia DOMINIO DE TIEMPO Este tipo de visualización es muy útil para análisis de señales impulsivas, tal es el caso de las señales originadas en baleros, debido a defectos en los engranajes y para las relaciones de fases de las señales. El problema con este tipo de visualización se da cuando existe más de un componente en una señal de vibración; ya que su presentación gráfica Amplitud versus Tiempo no permite observar las dos señales por separado, sino que la superposición de ambas. Las variables utilizadas para definir la señal de vibración en un Dominio de tiempo son: (Fig. 3.4)

•

Pico (Cero-Pico): Es el valor máximo de la amplitud en dirección positiva.

•

Pico-Pico: Es la distancia que hay entre un pico positivo y un pico negativo. Su equivalente es 2 veces la Amplitud.

•

RMS: Es el valor efectivo de una señal de vibración. Se toma como la medida de la Potencia de la vibración.

•

Tiempo de Observación: Tiempo de duración de la medición de una señal. Es el número de muestras, multiplicado por el periodo de una señal muestreada.

FIGURA 3.4. Componentes de un movimiento armónico simple Dominio de frecuencia Es la representación en tres dimensiones de una señal de vibración. Los ejes de análisis son: Amplitud, tiempo y Frecuencia. A través de esta visualización, se pueden observar diferentes señales a diferentes frecuencias en un mismo gráfico en tres dimensiones. (Fig.3.5)

FIGURA 3.5. Gráfico de una señal de vibración en tres dimensiones Para un gráfico de dos dimensiones Amplitud versus Tiempo, no se pueden observar las dos componentes de la señal de vibración, debido a que las superpone y solo se visualiza la unión de ambas componentes. (Fig. 3.6)

FIGURA 3.6. Gráfico una señal de vibración en el dominio del Tiempo Para un gráfico de dos dimensiones Amplitud vs. Frecuencia, muestra solo los picos máximos (Amplitud) de las componentes de la señal de vibración. Esta representación tiene el nombre de Espectro de vibraciones. (Fig. 3.7)

FIGURA 3.7. Representación del espectro de vibraciones de una señal de vibración El gráfico del espectro de vibraciones, es la visualización que más nos interesa estudiar, porque a través de ella se pueden observar tanto la magnitud de cada componente de vibración; así como también a la frecuencia a la que ocurre. A través del método de Análisis del Espectro de Vibraciones, se pueden realizar diagnósticos más precisos en una máquina; esto debido a que se puede analizar cada componente de la señal que genera vibraciones. Cada componente puede llegar a generar diferente tipo de vibración a diferente frecuencia. ESPECTRO DE FASE Su función es tomar los datos de la amplitud de vibración a distintas frecuencias. El espectro de fase permite observar la relación entre las fases absolutas de las distintas componentes de vibración. A cada componente de vibración le corresponde una fase. Una de sus ventajas, es que nos permite diferenciar los efectos de dos componentes distintas a una misma frecuencia. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES A continuación se presentará un flujo grama del proceso de análisis de Vibraciones de máquinas rotativas: (Fig. 3.8)

Análisis de vibraciones

Toma de Datos Sobre Norma

Comparación con Norma

Bajo Norma

Análisis de Espectro

Medida Correctiva

SEGUIMIENTO FIGURA. Diagrama de flujo de proceso de análisis de vibraciones En la actualidad, para poder realizar análisis de Vibraciones en las máquinas rotativas, se están utilizando equipos de medición digitales. Para poder realizar dichos análisis, es necesario tomar las lecturas de la magnitud de las vibraciones, su frecuencia, velocidad y aceleración. Con estas lecturas se podrá realizar el estudio de los espectros, y así determinar el estado del equipo. Equipos necesarios para análisis de vibraciones Equipo de medición para toma de datos Los equipos para el análisis de la vibración, dependiendo de su grado de complejidad pueden ser de dos tipos: 1.- Medidores de Vibración RMS: Estos equipos solo proporcionan un valor de magnitud. Son empleados mayormente para llevar registros generales. Con este tipo de equipos no es posible realizar diagnósticos. Los hay fijos y portátiles. 2.- Analizadores de Vibración: Estos equipos proporcionan el espectro de vibración, con este equipo es posible realizar diagnósticos. Los hay fijos y portátiles El proceso de toma de datos es independiente del equipo, ya sea un Medidor RMS o un Analizador de vibraciones. En esta sección se describe dicho proceso.

FIGURA 3.9. Analizador de Espectros Tipos de sensores Dependiendo del grado de criticidad dentro del proceso, así como también de su costo, los responsables del mantenimiento de los equipos deben seleccionar los sensores adecuados para un buen monitoreo de los mismos. Los sensores utilizados para el monitoreo de las vibraciones de la planta son: •

Sensores de Desplazamiento

•

Sensores de Velocidad

•

Sensores de Aceleración Otro parámetro importante para la selección de los sensores, es el tipo de monitoreo que se desea realizar. Con todo lo antes mencionado, los tipos de sensores a utilizar son:

•

Monitoreo continuo: Sensores Fijos

•

Monitoreo Periódico: Sensores Portátiles. Toma de datos Cuando los datos se toman con un equipo RMS, generalmente se obtiene una Amplitud de la Vibración (mm/seg., g). Algunos pueden proporcionar la Frecuencia domínate en ciclos por minuto (CPM). Cuando los datos se toman en un equipo Analizador de Vibraciones, se obtienen: un espectro de Amplitud de la Vibración vs. la Frecuencia, en donde la Amplitud de la vibración puede estar en unidades de Velocidad (mm/seg.) o Aceleración (g) así como la Frecuencia en ciclos por minuto (CPM) o Hz. Las características más importantes son: frecuencia, desplazamiento, velocidad, aceleración, spike energy (energía de impulsos). La frecuencia es una característica simple y significativa en este análisis. Se define como el número de ciclos completos en un período de tiempo. La unidad característica es cpm (ciclos por

minuto). Existe una relación importante entre frecuencia y velocidad angular de los elementos rotativos. La correspondencia entre cpm y rpm (ciclos por minuto-revoluciones por minuto) identificará el problema y la pieza responsable de la vibración. Esta relación es debida a que las fuerzas cambian de dirección y amplitud de acuerdo a la velocidad de giro. Los diferentes problemas son detectados por las frecuencias iguales a la velocidad de giro o bien múltiplos suyos. Cada tipo de problema muestra una frecuencia de vibración distinta. La amplitud de la vibración indica la importancia, gravedad del problema, esta característica da una idea de la condición de la máquina. Se podrá medir la amplitud de desplazamiento, velocidad o aceleración. La velocidad de vibración tiene en cuenta el desplazamiento y la frecuencia, es por tanto un indicador directo de la severidad de vibración. La severidad de vibración es indicada de una forma más precisa midiendo la velocidad, aceleración o desplazamiento según el intervalo de frecuencias entre la que tiene lugar, así para bajas frecuencias, por debajo de 600 cpm, se toman medidas de desplazamiento. En el intervalo entre 600 y 60.000 cpm, se mide velocidad, y para altas frecuencia, mayores a 60.000 cpm, se toman aceleraciones. La velocidad es otra característica importante en la vibración, gráficamente se puede ver en la figura 1.

Fig. 1. Gráfica de la velocidad de un objeto que vibra. Se mide la velocidad de pico mayor de todo el recorrido que realiza el elemento al vibrar. La unidad es mm/s. El cambio de esta característica trae consigo un cambio de aceleración. La velocidad tiene una relación directa con la severidad de vibración, por este motivo es el parámetro que siempre se mide. Las vibraciones que tienen lugar entre 600 y 60.000 cpm se analizan teniendo en cuenta el valor de la velocidad. La aceleración está relacionada con la fuerza que provoca la vibración, algunas de ellas se producen a altas frecuencias, aunque velocidad y desplazamiento sean pequeños En la figura 2, se puede ver la aceleración de vibración.

Fig. 2. Gráfica de la aceleración de un objeto que vibra. El spike energy o energía de impulsos proporciona información importante a la hora de analizar vibraciones. Este parámetro mide los impulsos de energía de vibración de breve duración y, por lo tanto, de alta frecuencia. Pueden ser impulsos debidos a: Defectos en la superficie de elementos de rodamientos o engranajes. Rozamiento, impacto, contacto entre metal-metal en máquinas rotativas. Fugas de vapor o de aire a alta presión. Cavitación debida a turbulencia en fluidos. Sin este parámetro es muy difícil detectar engranajes o rodamientos defectuosos. Con esta medida se encuentran rápidamente las vibraciones a altas frecuencias provocadas por estos defectos. El valor de spike energy es básicamente una medida de aceleración, pero tiene como unidad g-SE. El lugar o ubicación en el cual se toman las mediciones de vibración se denomina Puntos. Estos Puntos se ubican en la carcasa de los rodamientos, elementos de transmisión de potencia y en la estructura de un elemento rotatorio. Se seleccionan los puntos por medio de un criterio personal o bien empleando manuales generales. Es necesario conocer la forma adecuada como se deben tomar los datos para que el análisis de vibraciones sea efectivo, de lo contrario los datos serán erróneos. En cada punto se toman tres mediciones (Fig. 3.10), que se denominan por su relación con el eje de la máquina a analizar. Para maquinas con ejes horizontales como las transmisiones de molino o ventiladores de tiro por ejemplo, se toman en las direcciones: •

Dirección Vertical, es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma vertical

•

Dirección Horizontal, también radialmente al eje, pero el sensor colocador en posición horizontal

•

Dirección Axial, el sensor se coloca en la misma dirección del eje. En la siguiente figura se puede observar con mayor detalle, las direcciones de colocación del sensor durante la toma de datos.

a)

b)

c)

Figura 3.10. Colocación de sensor de vibraciones en a) Dirección vertical, b) Dirección horizontal, c) Dirección axial. Para maquinas con ejes verticales como las centrifugas, se toman en las direcciones, •

Dirección Horizontal Frontal es decir radialmente al eje, horizontal al frente del eje.

con el sensor colocado en forma

•

Dirección Horizontal Lateral es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma Lateral al frente del eje.

•

Dirección Axial, el sensor se coloca en la misma dirección del eje. El objetivo de analizar estas componentes, es conocer el comportamiento de las vibraciones es las diferentes direcciones, ya que proporcionan información para analizar el fenómeno que producen las vibraciones. Los datos posteriormente de ser ingresados al equipo de medición tanto RMS o Analizador de Vibraciones, son comparados con los límites permisibles para poder determinar su estado actual. Los límites permisibles están regidos por normas internacionales para los diferentes elementos. Severidad de vibración Un punto importante a la hora de hablar de vibraciones es conocer la severidad de vibración, ella indica la gravedad que puede tener un defecto. La amplitud de la vibración expresa la gravedad del problema, pero es difícil establecer valores límites de la vibración que detecten un fallo. La finalidad del análisis de vibraciones es encontrar un aviso con suficiente tiempo para poder analizar causas y forma de resolver el problema ocasionando el paro mínimo posible en la máquina. Una vez obtenido un histórico de datos para cada elemento de las máquinas que se estudian, el valor medio refleja la normalidad en su funcionamiento. Desviaciones continuas o excesivas indicarán un posible fallo que será identificado después, teniendo en cuenta la frecuencia a la que se producen las mayores vibraciones. Cuando no se posee histórico de datos para una máquina, puede analizarse la severidad de vibración teniendo en cuenta las siguientes gráficas (figs. 3 y 4):

Fig. 3. Gráfica de la severidad de la velocidad y el desplazamiento.

Fig. 4. Gráfica de la severidad de la velocidad de aceleración. Normas internacionales para el criterio de severidad. A través de los años, se han ido actualizando las diferentes Normas Internacionales que controlan los criterios de severidad en las vibraciones de un elemento. Una de las instituciones internacionales encargada de estandarizar los limites, es la norma ISO en la aplicación para vibraciones mecánicas. Algunas Normas utilizadas para el análisis de vibraciones son: •

ISO2954 (1975) Ed. 1 Estado actual 90.93 TC 108/SC 3 “Vibraciones Mecánicas de maquinaria rotatoria y reciprocante—Requerimientos de instrumentos para medir la severidad de la vibración”.

•

ISO 1940-1 (2003) Ed.2 Estado Actual 60.60 TC 108 “Vibraciones Mecánicas—Balance en los Requerimientos de Calidad para Rotores en estado constante”. Parte 1: Especificación y verificación de balance de tolerancias. La norma internacional base para las mediciones realizadas, fue la: ISO 10816-3, también se utilizó la norma ISO 10816-1 para maquinas menores a 15KW.

La Norma ISO 10816 ha reemplazado a la Norma ISO 2372 como guía general para mediciones fuera de límite y para la evaluación de vibraciones mecánicas en máquinas industriales típicas. Una vez que ha sido definida la clasificación general de las maquinas, su aplicación, la técnica de montaje; las condiciones de operación deben ser facturadas dentro de los parámetros de aceptación del criterio de evaluación aplicado. Para esta Norma, las medidas de la velocidad pueden ser categorizadas así:

Categorí a

Características

La máquina puede ser separada en conductor y el conducido, o unidades conjuntadas que abarcan maquinaria de movimiento de hasta 15 KW (20 HP aproximada) Maquinaria (motores eléctricos 15 KW (20 HP) hasta 75 KW (100 HP), sin CLASE II cimentación especial, o motores montados rígidamente o máquinas con 300 KW (400 HP) montados con fundación especial. Las máquinas grandes con conductores primarios (turbinas, motores eléctricos, etc.) CLASE III y otras maquinarias con ensambles rotatorios grandes y montadas en fundaciones rígidas y pesadas que son razonablemente derechas en la dirección de la vibración. Incluye grandes conductores primarios y otras grandes maquinarias con grandes CLASE ensambles rotatorios montados en fundaciones las cuales son relativamente suaves IV en la dirección medida de la vibración, (turbogeneradores y turbinas de gas mayor que 10 MW (13500 HP) TABLA 1: Categorías de las maquinas a partir de su velocidad CLASE I

Los rangos típicos relacionados con la categoría de la máquina, tanto para valores RMS como pico, según norma ISO 10816-1 se muestra en la tabla siguiente.

Severidad de la velocidad Mm/seg RMS

In/se g RMS

0.28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8 4.5 7.1 11.2 18.0 28.0 45.0

0.011 0.018 0.028 0.044 0.071 0.11 0.177 0.280 0.441 0.709 1.102 1.772

mm/seg In/seg Pico Pico

CRITERIOS DE VELOCIDAD LIMITE Y CLASES DE MAQUINAS Maquinas grandes Maquinas Maquinas Soportes Soportes pequeñas medianas rígidos Flexibles Clase I Clase II Clase III Clase IV

0.51 0.02 0.76 0.03 Bueno Bueno 1.02 0.04 Bueno Bueno 1.52 0.06 Satisfactoria 2.54 0.10 Satisfactoria 4.06 0.16 Satisfactoria Satisfactoria Satisfactoria 6.35 0.25 (alerta) Satisfactoria 10.16 0.40 (alerta) Satisfactoria Satisfactoria 15.75 0.62 (alerta) Inaceptable Inaceptable 25.40 1.00 (Alerta) Inaceptable (parada) 39.62 1.56 Inaceptable (parada) (parada) 63.75 2.51 (parada) TABLA 2: Severidad de los equipos a partir su velocidad y clase

Descripción de criterios:

ƒ Magnitud de la vibración baja, se dice que el rango es Bueno, es decir que el peligro de falla es mínimo. ƒ Magnitud de la vibración Satisfactoria, la maquina se encuentra en los límites normales. ƒ Magnitud de la vibración es Satisfactoria Alerta, esto indica que la vibración se encuentra cerca de los límites recomendados. ƒ Magnitud de la vibración es Intolerable (Parada), la posibilidad de falla es alta y debe someterse a revisión la máquina de inmediato. Los rangos típicos relacionados con la categoría de la máquina, tanto para valores RMS como pico, según norma ISO 10816-3 se muestra en la tabla siguiente.

En conclusión, el personal encargado de realizar el análisis de vibraciones decidirá en base a experiencia los criterios a cuales apegarse, los que en general son los presentados en esta sección; sin embargo, en la práctica es necesario conocer en base a experiencia los limites apropiados para cada máquina, ya que en algunas ocasiones las normas internacionales no son suficientes. En los puntos que se consideren importantes, se procede al diagnóstico del problema por medio de la revisión de espectros. De estos análisis surgen las correspondientes acciones correctivas.

ANÁLISIS DE ESPECTRO Cuando se detecta que las vibraciones se encuentran sobre el límite, se procede a realizar un diagnóstico para conocer cuál es la causa, a través del método de Análisis del Espectro de Vibraciones, tomando como base “Cartas de diagnóstico” como los encontrado en manuales del tema. El objetivo del análisis es generar una acción correctiva, posterior a la realización de la correspondiente medida de mantenimiento, se corrobora su eficacia por medio de otro análisis de vibraciones

Fig. 5. Toma de datos con transductor. La esencia del estudio de vibraciones es realizar el análisis de las mismas. El análisis de datos consta de dos etapas: adquisición e interpretación de los datos obtenidos al medir la vibración de la máquina. El fin a alcanzar es determinar las condiciones mecánicas del equipo y detectar posibles fallos específicos, mecánicos o funcionales. La adquisición de datos es el primer y principal paso a dar para hacer un análisis de vibraciones. Los datos a tomar, desplazamiento, velocidad o aceleración dependerán de la velocidad de la máquina, de acuerdo con su relación equivalente de frecuencia (rpm=cpm). Así, para bajas rpm, (bajos cpm), se tomarán datos de desplazamientos. Para velocidades que estén dentro del orcen de 600 y 60.000 rpm, se medirán velocidades. Y para los que sean de orden superior, los datos a tomar serán aceleraciones (fig. 5). Pasos a seguir en la adquisición de datos: Determinación de las características de diseño y funcionamiento de la máquina, como son: velocidad de rotación de la máquina, tipo de rodamiento, engranaje y condiciones del entorno en que esté situada como es el tipo de apoyo, acoplamientos, ruido, etc. También habrá que tener en cuenta las condiciones de funcionamiento como velocidad y cargas entre otras que normalmente afectarán a las mediciones de vibración.

Determinación de la finalidad de la vibración que podrá incluir: Medidas de rutina para detectaren un momento determinado un posible fallo y determinar las causas que lo originan. Medidas para crear un histórico de datos y con él obtener un valor de base, sobre el que estará el valor de vibración que deba tener la máquina cuando sus condiciones de trabajo sean normales. Toma de datos antes y después de una reparación, la medida de antes pondrá de manifiesto el problema, elemento defectuoso y será más eficaz así su reparación. Después de la reparación se tomarán medidas que indiquen la evolución del elemento sustituido o la corrección del defecto existente. Selección de los parámetros de medición: desplazamiento, velocidad, aceleración, spike energy. Ellos determinarán el transductor a utilizar. 4. Determinación de posición y dirección de las medidas con los transductores, la vibración se tomará generalmente en rodamientos de la máquina o puntos donde sea más probable un fallo por acoplamiento, equilibrio, puntos donde se transmitan las fuerzas vibratorias. Fig. 6. Sentido de toma de datos en una chumacera. Los tres sentidos principales en una medición son horizontal, vertical y axial. Sentidos radiales son horizontal y vertical, y se toman con eje del transductor a 90º respecto al eje de rotación, como se observa en la figura 6. Selección del instrumento de medición y transductores. Determinación del tipo específico de datos requeridos para la interpretación de las medidas realizadas. Así se ahorrará tiempo a la hora de realizar las medidas y se obtendrá de estas, información más útil en el análisis. Los datos obtenidos pueden ser: valores de magnitud total, espectro de frecuencias amplitudfrecuencia que indica el tipo de problema existente, amplitud-tiempo para vibraciones transitorias rápidas o vibraciones muy lentas, spike energy en rodamientos, engranajes y problemas de cavitación (fig. 7).

Fig. 7. Puntos de toma de datos de motor y bomba. Toma de datos: Paso esencial en el análisis, precisa de atención y fiabilidad de las medidas tomadas. A la hora de la adquisición de datos es importante tener en cuenta: 

Secuencias de medición, tomar datos correctos y lo más rápido posible, evitando tiempo perdido.



El lugar de toma de datos siempre será el mismo, con el transductor unido de una forma firme, para la veracidad de los datos.



Seguimiento de la máquina, es decir, mantener un contacto con los operarios que trabajan con ella y los de mantenimiento, ellos serán las personas que conocen de cerca la máquina.



Controlar el entorno exterior de la máquina, aspecto, ruido, etc.



Atender tendencias inesperadas. Estar preparado para tomar más datos, medidas cuando pueda haber signos de algún problema.



Mantener sólo datos coherentes, tomados con precisión.



Comparar con máquinas similares y en igual forma de trabajo.

Por tanto, se puede decir que la toma de datos es un paso esencial para un buen análisis de vibraciones. Para una buena interpretación de los datos es necesario tener unos datos fiables que hayan sido tomados de una forma metódica y precisa. Así podrá hacerse un diagnóstico de algún problema lo más exacto posible.

Identificación de causas de vibraciones. Interpretación de datos Una vez obtenidos de una forma metódica y precisa los datos de vibraciones de una máquina donde se ha detectado un problema, es necesario identificar cual ha sido su causa y así buscar la forma y momento de reparación más eficiente, es decir, que elimine el fallo y su coste económico sea el mínimo posible. Un defecto puede localizarse al comparar las amplitudes de las vibraciones tomadas. Normalmente una máquina que funciona correctamente tiene valores que suelen seguir una línea con tendencia ligeramente ascendente o constante. Cuando en algún momento los valores aumentan o la tendencia asciende de una forma inesperada, se puede pensar en la presencia de algún problema. Generalmente los valores de amplitud que se comparan son los de velocidad, una vez observado que esta ha aumentado de una forma inesperada, es importante comparar los valores de la energía de impulsos (g), estos valores indicarán la gravedad del problema. Así un fallo puede detectarse al encontrar una tendencia de velocidad ascendente de forma imprevista y unos valores del parámetro g altos. También es posible que existiendo un problema haya valores de spike energy altos y de repente disminuyan y poco a poco aumenten, esto puede dar lugar a un fallo total, donde la máquina deje de funcionar. Valores altos de spike energy pueden ser indicadores en la mayor parte de los casos de problemas de rodamientos, acoplamientos y en los casos más extraños de problemas hidráulicos. Generalmente la máxima amplitud de vibración se da en los puntos donde se localiza el problema, aunque muchas veces la vibración es transmitida a otros puntos de la máquina aunque en ellos no se encuentre el problema. El análisis de las gráficas puede indicar el tipo de defecto existente, pero muy pocas veces aparecen problemas únicos y por tanto espectros donde se refleje un defecto claramente. La experiencia y el conocimiento de la máquina son dos factores fundamentales a la hora de identificar la causa que produce una vibración importante. Es esencial una vez corregido el problema seguir la evolución de la reparación, de esta forma se conocerá si realmente existía el defecto, si estaba situado en el punto con máxima vibración y lo que es más importante, seguir la evolución tras la reparación y asegurarse que el problema ha desaparecido. El estudio de los datos de vibraciones, de sus espectros es la base para encontrar las causas y la forma de corregir el defecto que ellas indican. Sólo es importante prestar especial atención a las vibraciones que vayan acompañadas de otros efectos como ruido, pérdida de aceite o cualquier fallo, o bien los valores de amplitudes que sean excesivos comparados con otros en funcionamiento correcto, en esos casos se analizará la forma de los espectros que identificarán las causas de los problemas. Los problemas mecánicos más comunes en las máquinas que producen vibraciones son desequilibrio entre ejes, falta de alineación de acoplamientos, defectos en rodamientos y engranajes y problemas eléctricos. A continuación se pueden ver la forma de identificar estos problemas analizando los datos y espectros de vibraciones.

Desequilibrio Esta es una de las causas más probable de que exista vibración en las máquinas, en casi todos los elementos es fácil encontrar un pico en el gráfico de amplitud frente a frecuencia, que denote un pequeño desequilibrio. Como se puede ver en el siguiente gráfico (fig. 8) hay un pico en una frecuencia que coincide con la velocidad de giro.

Fig. 8. Espectro de velocidad de un problema de desequilibrio. Para conocer la cantidad de desequilibrio hay que encontrar la amplitud de la vibración en la frecuencia igual a 1 x rpm. La amplitud es proporcional a la cantidad de desequilibrio. Normalmente, la amplitud de vibración es mayor en sentido radial (horizontal y vertical) en las máquinas con ejes horizontales, aunque la forma de la gráfica sea igual en los tres sentidos. Como se ha dicho antes, para analizar datos de vibraciones son tan importantes la experiencia y el conocimiento de la máquina como los datos tomados en ella. Cuando aparece un pico en frecuencia igual a 1 x rpm. El desequilibrio no es la única causa posible, la desalineación también puede producir picos a esta frecuencia. Al aparecer vibraciones en esta frecuencia como otras causas posibles están los engranajes o poleas excéntricas, falta de alineamiento o eje torcido si hay alta vibración axial, bandas en mal estado (si coincide con sus rpm), resonancia o problemas eléctricos, en estos casos además del pico a frecuencia de 1 x rpm habrá vibraciones en otras frecuencias.

Desalineación

Es un problema muy común debido a la dificultad que supone alinear dos ejes y sus rodamientos de forma que no se originen fuerzas que produzcan vibraciones. La forma de vibración de un eje torcido es similar a la de una mala alineación angular. Para reconocer una vibración debida a una desalineación en la gráfica se pueden ver picos a frecuencias iguales a la velocidad de giro del eje, de dos o tres veces esta velocidad en situaciones donde este problema sea grave. Un ejemplo del espectro de este problema se observa en la figura 9, la forma de la gráfica será similar en las tres direcciones, variando únicamente la amplitud. Igual que en todos los casos, la amplitud es proporcional a la gravedad del defecto, aquí de desalineación. Este fallo puede presentar alta vibración en sentido axial además de radial. Así siempre que exista una alta vibración en axial y radial, y si la axial es mayor que la mitad de la radial puede existir un problema de desalineación o ejes torcidos. En la figura 10 se pueden ver los tres tipos básicos de desalineación, en paralelo, angular y una combinación de ambos. La falta de alineación en paralelo, figura 11, produce sobre todo vibración en dirección radial con frecuencia igual al doble de la velocidad de giro del eje.

Fig. 10. Tipos de falta de alineación.

Fig. 11. Falta de alineación en paralelo.

Fig. 12. Falta de alineación angular. La falta de alineación angular, representada en la figura 12, da vibración en dirección axial en los dos ejes a una frecuencia igual a 1 x rpm. Las condiciones de una desalineación no siempre llevan consigo un acoplamiento. Una desalineación entre eje y su rodamiento, figura 13, es un ejemplo usual de este defecto y que sólo se elimina corrigiendo la colocación del rodamiento. Un casquillo mal alineado con su eje, como se ve en la figura 13, no crea vibración importante, a menos que además exista un problema de desequilibrio, este defecto sería el que produciría una falta de alineación. Engranajes

Fig. 13. Rodamiento y casquillo mal alineados respecto al eje. Este defecto se puede observar al encontrar picos a frecuencias que coinciden con múltiplos enteros de la velocidad de giro del engranaje que falla, además existirá vibración de amplitud menor de forma simétrica a la frecuencia del engranaje. En la figura 14 se pueden observar picos de valor importante a frecuencias que son múltiplos de la velocidad de giro de un piñón, de forma simétrica a estos picos existen otros de valor muy pequeño y separados una distancia igual a la velocidad de giro.

Fig. 14. Espectro de velocidad de un problema de engranaje. Los problemas de engrane que dan esta vibración son: desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallos de lubricación, elementos extraños entre dientes. Las vibraciones causadas por defectos de engranajes pueden ser detectadas en varios puntos de las máquinas. Esta es una característica que diferencia una gráfica causada por un engranaje con poca carga y la vibración producida por un rodamiento, ya que el diagrama de amplitud frente a frecuencia puede dar lugar a confusión cuando la carga del piñón es baja. Tanto el fallo de engranaje como el de un rodamiento, llevan consigo también la aparición de ruido. Problemas eléctricos La vibración es creada por fuerzas desiguales que pueden ser causadas por la forma interna de elemento. Es complicado reconocer gráficamente este problema, ya que no tiene características que indiquen de forma sencilla que esta es la causa de vibración. El espectro puede llevar a errores por ser similar a la del desequilibrio, solo que aquí al desconectar la corriente el problema desaparecerá. Se detectarán picos mayores a distancias iguales a cuatro veces la velocidad de giro si los polos son cuatro, distinguiendo la vibración separada una frecuencia coincidente con la velocidad de giro. En la figura 15 se ve el espectro que da este tipo de problema.

Fig. 15. Espectro de velocidad de un problema eléctrico. Rodamientos Fallos en elementos del rodamiento dan vibración a unas frecuencias altas no relacionadas con la velocidad de rotación y de amplitud también aleatoria. A continuación, en las figuras 16 y 17 se pueden observar los espectros de velocidad y aceleración, respectivamente, de un rodamiento de bolas defectuoso. Es relativamente fácil reconocer este fallo a ver la gráfica de amplitud-frecuencia, ya que se caracteriza por tener muchos picos juntos a altas frecuencias y de amplitud variable que

dependerá de la gravedad del problema. La frecuencia a la que se produce la máxima amplitud puede dar una idea del elemento defectuoso del rodamiento. Los defectos en elementos rodantes, pistas de rodamiento o jaula de retención generan fuerzas que se transmiten al alojamiento y estructura que les rodea.

Fig. 16. Espectro de velocidad de un rodamiento defectuoso.

Fig. 17. Espectro del parámetro g de un rodamiento defectuoso.

Para detectar que tipo de fallo existe se ha de obtener la frecuencia a la que la amplitud es mayor y comparar con las calculadas según las fórmulas dadas en la figura 18. Cuando esta es la causa de la vibración es importantísimo conocer el valor de spike energy, con este parámetro se puede intuir la gravedad del problema. La gráfica que representa g-frecuencia indica que la vibración del rodamiento a alta frecuencia es inestable y generada al azar. Así el estado de la máquina se identifica según la siguiente tabla:

Nivel de vibración Estado máquina Buenas condiciones Rodamiento defectuoso Funcionamiento Rodamiento defectuoso Funcionamiento Problemas Analizar, parar Problemas Analizar, parar

Desplazamient o Normal Normal Normal Normal Alto

Velocidad

Aceleración

Normal

Normal

Normal

Normal

Normal

Alto

Alto

Alto

Alto

Alto

Spike energy Normal Alto Alto Alto Alto

El fallo de un rodamiento se detecta sólo en la medida realizada en él, es decir, no se transmitirá al resto de los puntos de la máquina. Exteriormente el rodamiento defectuoso se notará por el exceso de ruido. Los rodamientos son elementos importantes en la máquina y cuyo fallo puede dar problemas más graves, por eso es necesario tener un especial cuidado con ellos. Pueden fallar por errores en el

montaje, lubricación inadecuada, defectos internos en la fabricación, corriente eléctrica, desalineación, rodamiento no preparado para la carga que soporta. Estas son las causas más comunes de fallo. Por tanto, el análisis de vibraciones es una técnica, que aunque no exacta, es capaz de encontrar fallos en máquinas, anticipándose a la avería. Las ventajas de realizar este tipo de mantenimiento son la desaparición de fallos repentinos en los equipos estudiados, conocimiento del estado de la máquina en cada momento. Así se disminuyen los costes económicos por reparaciones imprevistas, paro en el proceso de producción, cambios de elementos que todavía pueden seguir funcionando, aumento de la eficiencia y disminución de costes de una parada, además de todo esto, ayuda a mejorar el mantenimiento preventivo a realizar en la fábrica. Detrás de todo esto las ventajas que ofrece este estudio son sobre todo de tipo económico, de seguridad frente a averías repentinas.

EQUIPOS CRÍTICOS DE LA PLANTA La planta posee una gran cantidad de equipos rotativos de diferentes grados de criticidad. Una máquina se considera menos crítica en cuanto más puede ser obviada en el proceso. Para determinar su grado de criticidad, se toman en cuenta los siguientes criterios: el costo del equipo, importancia dentro del proceso y complejidad de mantenimiento. Además de estos, se consideran otros parámetros como: Costos de reparación, costos de pérdida de producción y, el más importante, el potencial de daño a las máquinas del resto del proceso. Es muy importante resaltar que en algunos casos los costos de criticidad no se pueden estimar en dinero, pues muchas veces son daños a personal o al medio ambiente. Se presenta la siguiente matriz de equipos críticos, la cual es una guía para determinar el tipo de monitoreo que se le puede aplicar a una máquina o a un grupo de máquinas según su estado de criticidad y la distribución del conjunto: UBICACIO CANT.TOTAL DESCRIPCIO CATEGORI EQUIPO N EQUIPOS N A Bomba Hidráulica Prensa 6 Ventilador de recirculación Ventilador aspiración de humos Asp. Aire caliente 2 Enfriamiento final Enfriamiento lento RLW Asp. Aire caliente 1 Aire combustión Enfriamiento rápido Aspiración humo Aspiración de humos

Secadero

24

Secadero

6

Horno Horno

3 3

Horno

3

Horno Horno Horno Horno Horno

3 3 3 3 3

Tabla 3: Matriz de Equipos Críticos para el monitoreo de Vibraciones Es importante resaltar que existen equipos dentro que se consideran no críticos (picadoras, tachos, etc.), pero no por eso se les resta importancia. En resumen podemos decir que la planta posee equipos que son sumamente importantes y críticos para el proceso de producción de azúcar, que justifican una inversión razonable para mantener su productividad. Es importante determinar el grado de criticidad de los equipos, para evitar en el futuro, perdidas económicas, debido a la mala práctica de mantenimiento ejecutada. Para poder garantizar el buen funcionamiento de estos equipos, será necesario aplicar un plan de mantenimiento predictivo, el cual se estudiara en el siguiente capítulo.

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES (PMP - AV) MANTENIMIENTO PREDICTIVO La práctica tradicional de mantenimiento de las máquinas en la industria se pueden agrupar en dos grandes métodos: Empleo hasta avería (Mantenimiento Correctivo) y Mantenimiento Preventivo Temporal (mantenimientos que se realizan a intervalos de tiempo prefijados). La experiencia ha probado que, en la mayor parte de los casos, el método de mantenimiento preventivo temporal es antieconómico. El régimen de averías de muchas máquinas no se mejora sustituyendo de forma regular las piezas desgastadas. Al contrario, con frecuencia se reduce la fiabilidad de las máquinas recién revisadas, debido a la interferencia humana. Como no se puede prever el régimen real de averías de cada máquina, el mantenimiento preventivo temporal no se puede aplicar con total eficacia. Se necesita un método individual, un mantenimiento según el estado de la maquinaria o mejor conocido como un mantenimiento predictivo. Este método considera a cada máquina por separado. Sustituyendo las revisiones periódicas por medidas periódicas que pueden seguir en detalle el desarrollo del estado de funcionamiento de cada máquina en concreto. Como ya hemos dicho, las vibraciones mecánicas son excelentes indicadores del estado de funcionamiento de un equipo y esta es la razón por la que el monitoreo según Estado emplee como referencia la medida de las vibraciones. "El axioma del Mantenimiento según Estado es que la reparación solo es necesaria cuando las medidas así lo indican". Esto coincide además con la opinión de los técnicos de que es imprudente interferir la marcha de las máquinas que van bien. Con la medida regular de las vibraciones se puede detectar el nacimiento de irregularidades y seguir su desarrollo. Además, esas medidas se pueden extrapolar para predecir cuándo se alcanzarán niveles de vibración inaceptables y cuando se debe revisar la máquina. A esto se le llama Monitoreo de Tendencias y permite al profesional programar las reparaciones con suficiente anticipación. RENTABILIDAD Y VENTAJAS DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO El mantenimiento predictivo, modulador de las acciones correctivas y preventivas, necesita nutrirse de información procedente de los sistemas de monitorización de la empresa. En los últimos años se han producido importantes avances en este campo, incrementando así la confiabilidad de su maquinaria y de la misma empresa. Un plan de mantenimiento predictivo (PMP) basado en análisis de vibraciones aplicado a máquinas rotativas en la empresa trae las siguientes ventajas: Se eliminan desmontajes innecesarios: debido a que el análisis de vibraciones se puede realizar con la máquina en funcionamiento, es posible monitorear sus componentes internos sin necesidad de desmontar piezas. Reducción de tiempos de paro: mediante el análisis de vibraciones se pueden detectar desde el inicio las fallas de componentes en las máquinas, por lo que es posible corregir el problema en los períodos normales de mantenimiento de la máquina sin necesidad que esta llegue a fallar. Se evitan daños destructivos: es posible anticipar daños catastróficos en equipos críticos que podrían

provocar grandes paros de producción y daños al personal, ya que permite seguir la evolución de un defecto en el tiempo. También es posible implementar paros automáticos de la máquina al sobrepasar las vibraciones críticas sensadas por un transductor permanente. La verificación del estado de la maquinaria, tanto realizada de forma periódica como de forma accidental, permite preparar un archivo histórico del comportamiento mecánico. Permite el análisis estadístico del sistema. Reducción de costos: mediante un PMP se pueden reducir los costos de seguridad en dos sentidos; garantía de producción continua; y garantía de confiabilidad en la maquinaria, incluyendo una mejor seguridad industrial. Estos beneficios en el mantenimiento no significan que el personal que lo realizaba pierda sus empleos. Se les traspasa a la realización de las medidas y, además, tendrán tiempo para reparaciones y comprobaciones más completas en las máquinas que se desmonten para revisión, con lo cual se aumenta la vez la fiabilidad de las máquinas a largo plazo. Las precipitadas reparaciones que solo se corregían con una solución temporal se hacen así algo del pasado. El técnico de mantenimiento tendrá que valorar la relación coste / rendimiento de la medida de las vibraciones para el mantenimiento según estado. CLASES DE MONITOREO PARA EQUIPOS CRITICOS Una herramienta para el monitoreo de vibraciones es graficar la magnitud contra el tiempo para las mediciones realizadas con el fin de determinar un rango admisible fuera del cual generalmente se indicará un problema en la máquina. Este límite se debe determinar a partir de las especificaciones del fabricante o de normas. Monitoreo continuo general Este tipo de monitoreo se aplica de forma continua a una máquina concreta mediante la colocación permanente de transductores (generalmente detectores de proximidad o acelerómetro), quedando en todo momento controlada. Se emplea, sobre todo, para tener un aviso inmediato de todo cambio brusco que se pueda producir en la maquinaria, cuyo funcionamiento continuo es vital para la producción. Los fallos se detectan inmediatamente, o a los pocos minutos, y disparan señales de alerta o alarma en la sala de control para que se tomen medidas adecuadas antes de que se produzca una rotura grave. Monitoreo continuo de frecuencias Los sistemas de monitoreo continuo están diseñados para monitorear de forma permanente los elementos principales de un equipo, tal es el caso de chumaceras, cajas de transmisión y otros elementos rotatorios dentro de un turbogenerador. Una de las formas como se puede tener un constante monitoreo, es a través de sensores de frecuencia, el cual registra las diferentes señales de vibración a distinta frecuencia, para luego poder determinar las causas de dichas señales. Con este tipo de monitoreo se pueden prevenir daños en los equipos, al conectar el sensor a un panel que puede encender una alarma. Como complemento a este tipo de monitoreo, se puede incluir monitoreos periódicos de análisis de espectros para equipos con monitoreo continuo.

Monitoreo periódico Este monitoreo se lleva acabo con analizadores FFT. Para máquinas en las cuales resulta muy elevado el costo de realizar un monitoreo continuo, esta es una muy buena opción, así como también si se quiere llevar acabo monitoreos donde no es necesario hacer un análisis de espectros. Aunque se realiza con un costo no tan elevado para monitoreos continuos, presenta la desventaja de que si la falla se presenta de una forma rápida es imposible poder predecirla con cierta anticipación. Otra desventaja que presenta el método es que si se quiere hacer una medición puntual que varía con la carga mecánica, es muy difícil realizar dicha medición. Siempre que se realice un paro de mantenimiento se recomienda llevar acabo un monitoreo periódico antes y después de dicho mantenimiento, también si se realiza una sustitución de alguna pieza, cambio en las condiciones de carga mecánica y en periodos normales de funcionamiento, en el intervalo de tiempo más breve posible.

PERIODOS DE MONITOREO El periodo de monitoreo que debe realizarse a un equipo, dependerá de sus horas de operación, de su historial de operación y las condiciones de diseño presentadas por el fabricante. Los criterios en los que se basa el establecimiento de periodos de monitoreo son: Monitoreo Diario o semanal: Equipos con alta criticidad que están sometidos a condiciones de operación severo, defectos de diseño o falta de información en su historial de operación. Monitoreo Mensual: Máquinas con criticidad intermedia, en condiciones normales de operación, con defectos de diseño mínimos o despreciables. Monitoreo Anual: Todos los equipos con criticidad mínima o para los que su fabricante garantiza larga vida. Es importante mencionar que toda máquina a medida se incremente sus horas de operación, será necesario reducir los intervalos de monitoreo hasta su reparación, evitando con ello la falla en el equipo. Los intervalos de las medidas periódicas vienen dictados por el tiempo medio ordinario de trabajo entre fallos de la máquina. Se debe programar un mínimo de seis medidas en ese periodo para disponer de una razonable capacidad de predicción. Con máquinas nuevas, para las que no se disponga de orientación dada por el fabricante, se debe realizar un control más frecuente, por ejemplo cada uno o dos meses, según el ciclo de trabajo, hasta que se normalice. SELECCIÓN DE EQUIPOS A SER MONITOREADOS Para identificar cuales máquinas se van a monitorear, cada cuanto tiempo, qué capacitación se le dará al personal, que equipo y que sensores se necesitan, es necesario un diseño adecuado del programa de mantenimiento predictivo. Estos criterios dependen de cada ingenio y de la complejidad de la maquinaria que posea. Cada máquina se considera individualmente para decidir los puntos que ofrecerán medidas representativas: las carcasas de los cojinetes suelen ser muy adecuadas. Además las normas

nacionales e internacionales sobre vibraciones en las máquinas giratorias contienen también sugerencias de interés. Los puntos de medida se preparan para la colocación del sensor de vibraciones (acelerómetro) y se identifican con un número. Lo mejor es usar medios de fijación permanentes en forma de soportes roscados sobre la misma máquina, o montar placas roscadas que se pegan a la misma. La secuencia en que se debe monitorear cada punto de medida viene especificada en el informe de las medidas, junto con los detalles sobre las condiciones en que la máquina deba estar trabajando. Esto es muy importante, ya que las sucesivas medidas solo señalarán tendencias si se realizan en las mismas condiciones de trabajo. Análogamente, se debe normalizar para cada máquina la posición de los mandos de la instrumentación de medida. Una vez conocida las clases y los periodos de monitoreo, se puede generar la tabla de equipos críticos, con las acciones de mantenimiento predictivo a realizar. En ella se detallarán los periodos de monitoreo para una máquina sola o para varias. La tabla que se presenta a continuación, resume las labores predictivas en los equipos críticos rotativas.

Descripció n

Categoría

en proceso

el

complementa do Critica, costosa

Monitoreo continuo

datos con filtro

Monitoreo continuo general con colector de datos filtro

con

colector de datos con filtro en red

Elemento de mediano

Critico, ligeramente

costo, cuya

costoso, difícil reconstrucci

falla

máquinas distanciad as

general con colector de

con monitoreo periódico frecuencias o adición de

de generación de electricidad

Tiro Inducido y Tiro Forzado

máquina s cercanas

continuo,

más caros y de vital importancia

Varías

Monitoreo general

Uno de los elementos

Turbogenerad or

Máquina única

Varias

Monitoreo continuo general monitoreo periódico

o

de

Monitoreo continuo

Monitoreo continuo

general con colector

general o monitoreo

producirá un paro de completo en

periódico de frecuencias

ón

frecuencias

Critico, Barato, fácil reconstruir

Monitoreo periódico de

Monitoreo continuo

Monitoreo continuo

frecuencias o llamar a un

general o

general o

monitoreo

monitoreo

periódico de

periódico de frecuencias

datos con filtro

el proceso de la planta Bomba de inyección de Calderas

Elemento indispensab le para el proceso de la planta y la

consultor según necesidad

generación de vapor

frecuenci as

TABLA 4: Monitoreo para equipos críticos rotativas

Varias

Transmisió n de Molinos

Descripció n

Categoría

Máquina única

máquina s cercana s

Uno de los elementos

Critica, costosa

Monitoreo general

Monitore o continuo

más costosos del proceso, cuya falla causaría una gran pérdida económica

continuo, complementad o con monitoreo periódico frecuencias adición de

o

colector de datos con filtro

general con colector de datos con filtro

Varías máquinas distanciada s

Monitoreo continuo general con colector de datos filtro

con

en red

Elementos de costo

Centrífugas

intermedio, cuya falla reduciría la capacidad de producción de la planta

Critico, ligeramente costosa, difícil reconstrucció n

Monitoreo continuo general monitoreo

Monitore o continuo o

periódico de frecuencias

datos con filtro

Elemento de mediano Ventiladore s de Secador de azúcar

costo, cuya falla reduciría la capacidad de producción

general con colector de

Critico, ligeramente costoso, difícil reconstrucció n

Monitoreo continuo general monitoreo

Monitore o continuo

o

periódico de frecuencias

general con colector de

Monitoreo continuo general o monitoreo periódico de frecuencias

Monitoreo continuo general o monitoreo periódico de frecuencias

datos con filtro

de la planta TABLA 4: (Continuación) Monitoreo para equipos críticos rotativas En el caso de equipos que no son críticos rotativas, se utilizan otros criterios. Según la distribución del conjunto y su costo, se presenta la siguiente matriz para aplicarlo en el monitoreo de Vibraciones: Máquina única

No crítica, no costosa

Varias máquinas

Varías máquinas

cercanas

distanciadas

Ignorar, remplazar Ignorar, remplazar Ignorar, remplazar cuando falla cuando falla cuando falla

No critica, ligeramente costosa

Monitoreo periódico Monitoreo continuo de frecuencias o general o monitoreo llamar a periódico de Monitoreo periódico de frecuencias frecuencias un consultor según necesidad

TABLA 5: Matriz de aplicación del monitoreo de vibraciones a equipos no críticos

EXPEDIENTE DE LA MAQUINARIA El expediente documentado de la maquinaria debe ser lo más completo posible y este deberá incluir la línea base de vibraciones, incluyendo todo el historial de mantenimiento y especificaciones técnicas que brinden los manuales de los equipos. Se define como línea base, la tendencia máxima de un nivel de vibración sin filtro que debe tener una máquina en el momento de su monitoreo. Dicha línea base debe ser para todas las frecuencias fundamentales de vibraciones. En el historial de mantenimiento se tienen que poner las fallas de las máquinas, los mantenimientos realizados, así como también las labores correctivas y también el espectro de vibraciones antes y después de los mantenimientos realizados, todo esto con el fin de determinar las diferentes causas que puedan originar causas de vibraciones. También las especificaciones de los manuales sirven para calcular frecuencias fundamentales de vibraciones y para conocer las características de diseño. INFORMES DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES La información que debe contener un reporte de análisis de espectro individual consiste en: •

Fecha, máquina analizada, localización y nombre del operador

•

Esquema de la máquina con los puntos de medición

•

Lecturas de vibración horizontal, vertical y axial absolutas o sin filtro.

•

Lecturas de vibración horizontal, vertical y axial a las frecuencias principales de las componentes de la máquina.

•

Los espectros de vibraciones de las tres direcciones en cada punto.

ARCHIVO DE DATOS DE VIBRACIONES Preparar un archivo de los datos obtenidos en el análisis de vibraciones es muy útil para poder tener una base de datos de cada máquina y poderlo ocupar como futuras referencias. Es necesario archivarlos de forma ordenada e individual para su fácil acceso. Por otro lado es importante tener bases de datos, para poder llevar el monitoreo de su estado general y para la elaboración de la línea de tendencia de los equipos. Con estas lecturas se puede comparar con los datos recientes y así se puede monitorear las frecuencias de los elementos críticos tales como

baleros, engranes o alabes. La interpretación de los espectros de vibración, serán útiles para determinar la existencia de desalineamiento, desbalance dinámico, estado de los motores, etc. Es necesario generar reportes y almacenar el estado general de las máquinas, de los componentes que producen frecuencias principales y otros problemas determinados a partir de análisis de espectros y de fase.

IMPLEMENTACIÓN DE UN PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO Cuando ya se tienen establecidas las actividades y los periodos de monitoreo de los equipos, es necesario diseñar el plan de Mantenimiento para poder atender a las exigencias de operación de la planta. Los pasos para implementar un plan de Mantenimiento son: •

Planificación: Consiste en la formulación de un plan que establezca objetivos, metas de las actividades a realizar y los encargados de dichas labores; esto con el fin de realizar una labor de mantenimiento ordenada.

•

Establecimiento de medidas administrativas y técnicas: Es necesario que exista una estructuración administrativa eficiente, en el cual se asignen las funciones, se contrate el personal de mantenimiento especializado para las tareas asignadas y la capacitación del personal existente para operar de forma eficiente. Es necesario una estructura de soporte técnico que sea capaz de responder ante cualquier emergencia. Algunos servicios de mantenimiento deberán ser subcontratados a empresas especializadas. En el caso de Análisis Predictivo de Vibraciones, algunas empresas tercerizan este servicio, para que monitoree sus equipos. Algunas otras optan por crear sus propios departamentos de Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones, para minimizar sus costos.

•

Operación, Revisión y Evaluación: Una vez iniciado la implementación del plan de mantenimiento, es necesario que el responsable del área de mantenimiento verifique que las actividades se estén realizando. El monitoreo y la revisión de la ejecución del plan es muy importante para poder evaluar los resultados del plan implementado.

•

Mejoramiento Continuo: Después de un cierto periodo de operación del plan de mantenimiento que podría ser al final de una zafra, es necesario hacer una evaluación de resultados para ver el grado de efectividad obtenido con el plan. Las recomendaciones de mejora que se hagan, deberán ser acatadas con el fin de hacer más eficientes las actividades de mantenimiento. Es muy importante para la empresa el darle continuidad a los programas de mantenimiento predictivo, para así minimizar el tiempo de paro de los equipos.

REPORTE DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES A continuación se presenta un ejemplo de un reporte de Análisis de Vibraciones realizado a equipos críticos rotativos:

CONCLUSIONES •

El mantenimiento Predictivo por medio del Análisis de Vibraciones debe realizarse periódicamente según lo establecido.

•

Debido a que la etapa de mayor importancia son Secadero y Hornos, es necesario que estos equipos tengan un control con mayor frecuencia que los demás.

•

Las fuentes más comunes de las vibraciones mecánicas en los equipos son: Desbalance Dinámico, desalineamiento de ejes, flojedad en elementos de transmisión, deterioro de chumaceras.

•

A través del método de Análisis del Espectro de Vibraciones, se pueden realizar diagnósticos más precisos en un equipo; pues se puede analizar cada componente de la señal que genera vibraciones a diferentes frecuencias.

•

Las mediciones para el análisis de vibraciones deben realizarse en las direcciones: vertical, horizontal y axial, para ejes horizontales; y horizontal frontal, horizontal lateral y axial, para ejes verticales. Lo anterior permite una mayor precisión al monitorear el comportamiento de las vibraciones en 3 dimensiones.

•

Todos los datos medidos para realizar un Análisis de Vibraciones, deben ser comparados con los límites permisibles de las Normas internacionales, pues es necesario garantizar y justificar los criterios de Análisis a la hora de dar un diagnóstico de un equipo.

•

Basándonos en criterios de costo e importancia dentro del proceso de producción, los equipos críticos rotativa son: ……

•

Es indispensable que todas las plantas apliquen técnicas de análisis predictivo de vibraciones dentro de sus planes de Mantenimiento Preventivo; pues de esa manera podrá reducir el número de horas de intervenciones de mantenimiento, mejorando su producción y obteniendo mayores utilidades.

•

El mantenimiento predictivo de Análisis de Vibraciones debe ser realizarlo por personas o empresas con amplia experiencia en esta especialidad; ya que es necesario poder garantizar diagnósticos certeros y fiables a la hora de realizar un análisis de Vibraciones a un equipo.

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Los reportes de servicio de Análisis de Vibraciones deben presentarse debidamente justificados y documentados, anexando la Norma utilizada, las tablas de magnitudes y los gráficos de espectros de los diferentes puntos de la maquina analizada.