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Cuaderno de ejercicios del estudiante

Entrenamiento en Vibraciones

• Puntos clave • Libro de Ejercicios y Soluciones • Cuaderno de Ejercicios y resueltos

Categoría II Proporcionado a los Asistentes al Curso de Aprendizaje de Vibración del Instituto de Mobius

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Este manual está diseñado solo como guía. En situaciones prácticas, hay muchas variables, así que por favor utilice esta información con cuidado.

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Tabla de contenido

Conceptos clave ....................................................................................................................... 1 Libro de Ejercicios................................................................................................................... 21 Libro de Ejercicios Soluciones ................................................................................................. 55 Ejercicios de Repaso ............................................................................................................... 69 Ejercicios de Repaso Soluciones ............................................................................................. 93

Conceptos clave

Conceptos clave

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Los "puntos clave" son proporcionados por medio del curso de Categoría II y brindan al estudiante una guía sobre qué tópicos son necesarios conocer de acuerdo a ISO 18436-2. Son un excelente recurso para verificar que estos se estén entendiendo a medida que el curso avanza y como una guía de estudio para aquellos que tomarán el examen. Este documento resume las diapositivas de Puntos Clave para todas las lecciones de Categoría II.

Principios de la vibración Amplitud  Entender el concepto de amplitud.  Reconocer la amplitud pico, Pico-Pico y RMS en una forma de onda.  Calcular las amplitudes pico y pico-pico de una forma de onda y la amplitud RMS de una onda sinusoidal.  Ser conscientes que las relaciones:  RMS = 0,707 x pico  Pico-Pico = 2 x pico … son válidas sólo para ondas sinusoidales. Periodo y frecuencia  Entender los conceptos de periodo y frecuencia y la relación entre ellos.  Entender las unidades de frecuencia: Hz y CPM y RPM, siendo capaces de convertirlas entre ellas.  Ser capaces de identificar el periodo de una forma de onda y calcular el periodo desde la frecuencia.  Ser capaces de calcular la frecuencia de una forma de onda. Introducción a la fase  Entender que un ciclo de vibración son 360 grados.  Entender el concepto de fase.  Entender que la fase es una relación entre dos señales.  Comprender cómo se mide la fase:  Fase absoluta con un tacómetro de referencia.  Fase relativa entre dos sensores de vibración.  Uso de un estroboscopio y una referencia visual.  Comprender cómo se documenta la fase utilizando el diagrama de burbujas (los círculos).  Ser capaces de determinar la fase mirando una onda sinusoidal y una señal de referencia.  Entender de manera general algunas de las aplicaciones de la fase.

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Principios de la vibración… Unidades de vibración  La vibración se describir en términos de desplazamiento (D), velocidad (V) y aceleración (A).  Definiciones de A, V y D.  Relación entre A, V y D y frecuencia  Qué ocurre a bajas frecuencias y cuándo se integra.  Existen sensores que pueden medir directamente A, V o D.  Se pueden realizar conversiones matemáticas entre las distintas unidades:  No se pide que demuestre fórmulas en el examen.  Los programas de aplicación de vibraciones realizan directamente la conversión.  Los estudiantes deben estar familiarizados con el término “Integración”. Conversiones de A a V o de V a D. Lecturas de valor global  Concepto de valor global RMS.  El valor global RMS se puede calcular de varias formas:  El RMS es 0,707 x pico tan solo para una onda sinusoidal pura.  Tener cuidado y ser coherente al seleccionar una de las formas de calcularlo.  Beneficios de usar el valor global RMS.  Limitaciones del valor global RMS.  Existen varios gráficos de alarma.  Entender la importancia de las tendencias.  Comprender el factor de cresta, cómo se calcula y cómo se utiliza.  Tener el conocimiento para usar uno o más tablas de alarmas basadas en valores de RMS para determinar la condición de una máquina y hacer recomendaciones. Vibración compleja  Cuando se juntan dos formas de ondas sinusoidales, el resultado se complica y no se pueden separar visualmente.  La vibración real de las máquinas es muy compleja. La vibración de todos componentes de la máquina se combinan en la forma de onda temporal.  Esto hace que la forma de onda temporal sea difícil de analizar.  Por lo tanto, se necesitan mejores herramientas para separar la vibración que proviene de varios componentes de la máquina.

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Principios de la vibración… Introducción al espectro  Entender el concepto de espectro de vibración.  Entender los ejes de amplitud y frecuencia:  La frecuencia puede ser Hz o CPM.  La amplitud puede medirse en aceleración, velocidad o desplazamiento.  La amplitud puede ser pico, pico-pico o RMS.  Entender por qué no analizamos simplemente la forma de onda.  Entender la diferencia entre el “dominio del tiempo” y el “dominio de la frecuencia”.  Entender que la forma de onda se mide y que el espectro de la forma de onda se calcula usando un algoritmo llamado FFT.  El espectro separa la vibración en frecuencias.  Diferentes componentes de la máquina generan diferentes frecuencias. Esto permite relacionar la vibración con componentes específicos de la máquina. Concepto de órdenes  Entender el concepto de órdenes.  Conocer el término “normalización en órdenes”.  Conocer que el software necesita saber qué pico es 1X.  Pueden decírselo al software.  Usar un tacómetro.  El software puede ser lo suficientemente inteligente para averiguarlo por sí mismo.  Este concepto se denomina normalización de la información.  Entender los beneficios de usar órdenes:  Mayor facilidad al calcular frecuencias forzadas.  Mayor facilidad para comparar espectros medidos en diferentes fechas.  Mayor facilidad para entender cómo la vibración se relaciona con la máquina.  Entender que el 4X y 4,2X indican cosas muy diferentes.  Conocer los términos: síncrono, no síncrono y subsíncrono.  Entender el beneficio de la normalización de órdenes para la identificación componentes síncronos, no síncronos y subsíncronos.

Comprensión de señales Primera regla: Onda sinusoidal  Entender que una onda sinusoidal produce un solo pico en el espectro.  Por el contrario, cada pico en el espectro describe una onda sinusoidal.  Dos ondas sinusoidales de la misma frecuencia se sumarán.  La forma en que se suman depende de la relación de fase.  Ser capaces de dibujar una onda sinusoidal y el espectro correspondiente.  Comprender el eje X e Y de la forma de onda del tiempo y el espectro.

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Comprensión de señales… Batimiento  Entender el concepto de batimiento.  Cuando dos ondas sinusoidales de frecuencias ligeramente diferentes entran en fase y se desfasan entre sí, se suman y se restan entre sí.  Entender que un problema potencial de batimiento es que la suma de las amplitudes puede causar niveles altos de vibración que puede producir daños.  Ser capaces de calcular la frecuencia de batimiento y el período de batido.  Ser capaces de identificar batidos en la forma de onda y en el espectro.  Ser capaces de resolver un problema de batimiento. Regla Dos: Armónicos  Entender que una onda periódica (repetitiva) que no es una onda sinusoidal pura, producirá armónicos en el espectro.  Presentamos varios ejemplos de esto, es decir, tren de impulsos, impactos repetitivos, onda recortada, etc.  Saber que los armónicos son habituales.  La mayoría de las frecuencias forzadas pueden y tendrán armónicos.  Ser capaces de identificar en un espectro una frecuencia forzada y sus armónicos.  Darse cuenta que los aumentos en el número y la amplitud de los armónicos pueden indicar un empeoramiento de la condición. Regla tres: Ruido  Entender las dos causas generales la aparición de ruido en el espectro.  Entender que aunque normalmente se analiza el espectro de vibración para diferenciar entre eventos individuales y vibraciones aleatorias, en ocasiones la forma de onda también se debe analizar.  Ser conscientes de algunas de las causas de vibraciones o impactos aleatorios en las máquinas. Regla Cuatro: Bandas Laterales  La modulación de amplitud es común en engranajes, rodamientos y motores de corriente alterna.  Ser conscientes que la modulación de amplitud en la forma de onda temporal da lugar a bandas laterales en el espectro.  Ser capaces de reconocer las bandas laterales en un espectro de vibración y la modulación de amplitud en la forma de onda en el tiempo.  Entender la diferencia entre la modulación de amplitud y el batimiento.    

El espectro se calcula a partir de la forma de onda temporal mediante un algoritmo denominado FFT. Las diferentes características en la forma de onda darán lugar a diferentes espectros. Entender las 4 reglas de vibración. Ver la relación de las cuatro reglas con los patrones más comunes de fallo.

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Procesamiento de señales Filtros  Los filtros se utilizan en muchos lugares en el análisis de vibraciones.  Cuando se seleccionan determinadas configuraciones en el colector de datos, en realidad se están configurando diferentes filtros.  Ser capaz de reconocer los tres tipos de filtros. Integración  La integración es una parte clave del sistema de procesamiento de señales.  Integramos al pasar de la aceleración a la velocidad.  También integramos al convertir de velocidad a desplazamiento.  Amplificamos la vibración de baja frecuencia y se necesita un filtro paso alto para eliminar o suprimir la vibración de baja frecuencia.  Algunos analizadores integran la señal analógica, entonces el colector de datos procesa una señal de velocidad. Otros integran la señal digitalmente. Muestreo  La forma de onda analógica del sensor se muestrea, digitaliza (desmenuza) en una serie de N números (muestras).  Cualquier cosa que suceda entre dos muestras en la forma de onda no se mide.  Fs es la velocidad o frecuencia de muestreo, normalmente se da en muestras por segundo.  Ts es el periodo de muestreo o el tiempo entre dos muestras.  𝐹 = and 𝑇 = Aliasing  Entender el concepto de Aliasing y cómo solucionarlo.  Estar familiarizados con el Teorema de Nyquist.  Fs > 2 X Fmax para prevenir aliasing  Fs = 2,56 X Fmax en la práctica  Los filtros anti aliasing se usan para filtrar frecuencias por encima de Fmax y prevenir dicho fenómeno.  Ser conscientes de los ejemplos de aliasing. Fast Fourier Transform  La FFT es un algoritmo que convierte la forma de onda temporal en un espectro.  Se empieza con N valores de la forma de onda y se acaba con N / 2,56 valores de amplitud y fase a cada frecuencia.  Normalmente cuando se representa un espectro de vibración la fase no se usa porque se mide con un único canal sin un tacómetro de referencia.  El cálculo de la fase en el proceso de la FFT se usa también en otras aplicaciones como las mediciones relativas de fase.

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Procesamiento de señales… Muestreo y resolución  Entender la relación entre el número de muestras en la forma de onda (N) y el número de líneas de resolución (LOR) en el espectro.  N = 2,56 x LOR o LOR = N / 2,56  Entender la relación entre Fmax, LOR, resolución del espectro (R) y la longitud de la forma de onda (T).  Cuando se configura una medición se necesita equilibrar la resolución deseada (una R más pequeña) y un tiempo de medición (T) ajustado.  La fórmula está incluida en el formulario del examen.

𝑻 = 𝑻𝒔 × 𝑵 =

𝑵 𝑵 𝒍𝒊𝒏𝒆𝒔 = = 𝑭𝑺 𝟐. 𝟓𝟔 × 𝑭𝒎𝒂𝒙 𝑭𝒎𝒂𝒙

Ventanas  Entender que se puede configurar el tipo de ventana en el colector de datos.  La ventana más común que se usa para rutas normales de monitoreo se llama ventana Hanning.  La ventana Hanning soluciona el problema que se denomina dispersión espectral (leakage).  Estar familiarizados con la ventana Rectangular y Flat Top y sus aplicaciones.  Cuando se usa una ventana esto afecta a la resolución del espectro (R) por un factor llamado factor ventana (WF).  Se usa el término ancho de banda (BW) en lugar del de resolución.  BW = Fmax / LOR x WF. Promedios  Ser conscientes que existen configuraciones en el colector de datos para el:  Tipo de promediado  Número de promedios  % de solapamiento  Entender que el promediado no filtra o elimina el ruido pero sí reduce su efecto.  Entender las diferentes opciones del tipo de promediado, cómo trabajan y cuándo se usa cada uno.  Estas técnicas promedian los espectros (no promedian la forma de onda temporal). Configuración del colector de datos  Entender que no hay una configuración perfecta que mida exactamente los datos para cada máquina.  Por lo tanto NO ES CORRECTO usar la configuración por defecto del colector de datos.  Los cambios que se necesitan hacer podrían ser: ajustar la Fmax y la LOR en función del conocimiento de las frecuencias forzadas de la máquina y de los fallos que estamos buscando.  A veces, se necesita más de una medición para medir todo lo que se desea registrar.  Entender que estas decisiones son importantes pero no se necesita memorizar una estrategia concreta.  Entender la relación que hay entre Fmax, LOR, R y T.

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Procesamiento de señales… Resumen de la configuración  La mayor parte de los colectores de datos tienen opciones de configuración similares.  Si estas opciones no se ajustan correctamente la información puede ser inservible e incluso sin darnos cuenta.  La configuración por defecto del software no es la adecuada.  Como analista de Categoría II debería:  Estar familiarizado con cada una de estas opciones.  Conocer para qué sirve cada configuración.  Conocer las recomendaciones generales sobre qué configuración usar para una ruta normal de monitoreo.  Más adelante se detallarán otros tipos de configuración que se pueden usar para realizar mediciones especiales como el test de impacto.

Análisis de la forma de onda  Entender que Fmax y líneas de resolución o la Fs (frecuencia de muestreo) y N (número de muestras) pueden elegirse para optimizar la forma de onda para un análisis posterior.  Primero se debe entender lo que se está intentando detectar.  Normalmente es suficiente con 4 – 10 revoluciones del eje.  Estar familiarizado con la importancia de analizar la forma de onda y cuándo se debería analizar junto o no al espectro.  Conocer distintos patrones de la forma de onda como la modulación de amplitud, batidos, impactos, aleatoriedad, etc.  Ser capaz de reconocer el periodo de la vibración y calcular la frecuencia.

Toma de datos Transductores de desplazamiento  Reconocer los términos: sonda de proximidad, sondas de corrientes de Eddy de no contacto y sondas de desplazamiento.  Estas sondas miden desplazamiento.  Entender de una forma muy general cómo trabajan estas sondas.  Señal estática DC Gap - Posición  Señal dinámica AC  Entender que las sondas se deben calibrar.  Entender dónde se suelen usar estas sondas:  En cojinetes grandes  En sistemas de protección  Como Keyphasors®  Entender cómo analizar las órbitas, pero deben saber lo que son y para qué se usan.  Ser conscientes de la gráfica de la línea central del eje.

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Toma de datos… Acelerómetros  Comprender el funcionamiento básico de los acelerómetros:  Hay diferentes diseños.  Algunos requieren alimentación externa y otros no.  Se pueden utilizar diferentes rangos de frecuencia.  Existen diferentes rangos de entrada aceptables.  Diferentes sensores se utilizan para distintas aplicaciones.  Entender el concepto de sensibilidad del sensor (mV/g).  La calibración del sensor puede verificarse.  Estar familiarizados con el sensor de piezo-velocidad. Montaje de acelerómetros  Entender el concepto de respuesta en frecuencia.  El método de montaje del sensor afecta a la respuesta en frecuencia.  Cuanto más rígido es el montaje mejor será la respuesta en frecuencia.  Ser capaces de elegir un método de montaje adecuado en función de las frecuencias forzadas que se están tratando de medir.  Las bases ayudan a mantener la repetibilidad garantizando que todos los sensores se montan en el mismo lugar.  Entender la importancia de la calidad de los datos y su repetibilidad. Nomenclaturas de identificación  Entender el término camino de transmisión mecánica.  Ser muy conscientes de la seguridad en la toma de datos.  Los sensores se pueden montar de forma permanente en la máquina para hacer frente a problemas de seguridad y de accesibilidad.  Ser capaces de seleccionar los puntos de medición.  Entender el equilibrio entre el costo de la toma de la medición y la necesidad de tomar los suficientes datos para detectar los fallos. Toma de datos correcta  Las instrucciones de prueba deben documentarse para cada máquina.  Cualquiera debe ser capaz de ver una guía de prueba y:  Identificar si esta es la máquina correcta.  Localizar los puntos de medición.  Medir en la máquina bajo las condiciones de funcionamiento correctas.  Algunas instrucciones pueden incluir llamadas a los operadores para accionar las máquinas a velocidades o cargas particulares o parar otras máquinas.  Entender la importancia de desarrollar guías de medición e instrucciones de prueba para asegurar que los datos son repetitivos y las tendencias son significativas.  Los sistemas automatizados de identificación de puntos reducen los errores. Identificación de datos erróneos  Ser capaces de reconocer las causas comunes e indicaciones de los datos erróneos.  Entender cómo evitar la toma de datos erróneos.  Ser capaces de reconocer el ski-slope y describir sus causas.  Entender el concepto de tiempo de estabilización.  Saber cómo volver a tomar los datos si se consideran de mala calidad o buscar otras soluciones si esto no resuelve el problema.

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El proceso de análisis Tendencias  Las tendencias es un punto clave de un programa de monitoreo de la condición.  La tendencia proporciona una indicación de cómo las lecturas han cambiado, y una pista de cómo pueden cambiar en el futuro.  Entender que los valores absolutos no siempre proporcionan una visión global.  Además de las lecturas simples como el valor global RMS y los valores de impulsos de choque, los datos se pueden extraer de la vibración:  Factor de cresta  Vibración (pico, RMS, etc.) desde una banda  RMS del desplazamiento, velocidad o aceleración Presentación de datos  Comprender que el análisis de datos es un proceso que comienza mucho tiempo antes de recoger los datos.  Los paquetes de software ofrecen diferentes opciones para visualizar datos en relación a las alarmas, líneas de base o tendencias.  Estas gráficas pueden ser de gran ayuda u obstaculizar el proceso de análisis.  Órdenes, escala logarítmica o dB, gráficos a escala fija, alarmas visuales, tendencias, etc. pueden facilitar el análisis.  Es necesario realizar la comparación entre distintos puntos de medición.  Ser capaz de reconocer las causas comunes de datos de mala calidad.  Desarrollar un proceso de visualización en el software para llevar a cabo el análisis. Un enfoque paso a paso  Entender que el análisis es un proceso que incluye la identificación de las frecuencias de fallo y los armónicos.  Una vez estas frecuencias se han identificado, pueden introducirse en el software.  Se deberá conocer el proceso de normalización de datos en órdenes.  Notar la diferencia entre los gráficos que son de 0-10X y 0-100X y entender las cuestiones relacionadas con Fmax, líneas de resolución y la resolución de la gráfica (R).  Ser consciente que algunas frecuencias forzadas pueden identificarse a partir de los propios datos.  Esto debería formar parte del proceso de configuración del programa.

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Diagnóstico de desbalance Comprensión del desbalance  El desbalance es uno de los “cuatro” fallos principales que se debe entender en detalle.  Saber la definición del desbalance.  Conocer la relación entre el desbalance y la velocidad de giro.  Comprender las causas del desbalance.  Entender por qué es importante ser capaz de detectar el desbalance y balancear las máquinas. Detección del desbalance  Conocer la diferencia entre desbalance estático, por par y dinámico.  Saber la definición de desbalance residual.  Conocer en detalle cómo el desbalance se presenta en el espectro de la vibración y la forma de onda. Esto incluye:  Las relaciones de fase.  Las relaciones de amplitud entre ejes. Máquinas en voladizo  Entender la importancia de documentar cómo están soportados los ejes.  Entender los patrones generados por el desbalance de un rotor en voladizo con las relaciones de amplitud y fase entre los ejes de medición y los puntos de medición.

Balanceo Vectores y diagramas polares  Entender la teoría de la utilización de los vectores para describir amplitudes de vibración y ángulos de fase.  Estar familiarizados con los diagramas polares.  Entender como se suman y se restan los vectores:  Se puede hacer gráficamente utilizando una regla y un transportador.  También se puede realizar matemáticamente.  Entender que el desbalance puede describirse en términos vectoriales. Balanceo en un plano  Comprender el balanceo en un plano de rotores rígidos.  Ser conscientes de la seguridad.  Conocer el proceso para el balanceo.  La definición de los vectores “O”, “P” y “O+P”.  Cómo configurar el sensor y el tacómetro.  La importancia de entender la fase y sus criterios de medición.  El propósito de las carreras de ajuste.  Estar familiarizados con la estimación del peso de prueba y los objetivos de la utilización del peso de prueba.  Entender algunas de las razones por las que puede no tener éxito el balanceo de un rotor.

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Balanceo… Añadir y dividir pesos  Ser conscientes de los problemas relacionados con la división y combinación de pesos.  Saber que se puede aplicar el cálculo vectorial para resolver estos problemas.  Ser conscientes que muchos paquetes de software de balanceo contienen funciones para resolver estos problemas.  Ser conscientes que los contrapesos se pueden instalar en diferentes radios y que la masa se puede quitar en lugar de añadirse al rotor.  No se requiere que los estudiantes realicen estos cálculos en el examen. Balanceo en cuatro carreras (sin fase)  Ser consciente que algunas situaciones requieren una solución de balanceo sin medición de fase.  Ser consciente de las razones por las que se puede utilizar la técnica sin fase.  Ser consciente del proceso básico que se utiliza para llevar a cabo esta técnica.  No se requiere que los estudiantes realicen estos cálculos de balanceo sin fase en el examen. Balanceo en dos planos  Ser consciente que algunas situaciones requieren balancear en dos planos.  Ser conscientes que existen normas ISO y otras para el balanceo.  Conocer el desbalance estático, dinámico y por par y las soluciones en uno o dos planos.  Los estudiantes no están obligados a conocer el procedimiento de balanceo en dos planos. Normas de balanceo ISO y ANSI  Ser consciente que existen normas ISO y otras para el balanceo.  Algunas se basan en la amplitud de la vibración.  Otras se basan en desbalance residual.  Entender la diferencia entre estos dos tipos de normas y para que son válidas.  Ser capaz de aplicar la calidad del balanceo y el desbalance residual admisible.

Desalineación Introducción a la desalineación  Entender que la desalineación es un gran contribuyente a la causa raíz de averías incipientes en la maquinaria.  Ser conscientes de la relación entre la carga y la vida de rodamientos o sellos.  Comprender la definición de desalineación y apreciar que se refiere a las máquinas en funcionamiento, no máquinas en frío.  Estar familiarizados con las causas comunes de la desalineación.  Hay opciones para la alineación de las máquinas que utilizan comparadores o sistemas de alineación láser.

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Desalineación… Paralelo y desalineación angular  La desalineación es uno de los cuatro fallos principales, por lo tanto, se requiere su comprensión en detalle.  Hay dos tipos de desalineación: angular y paralela.  La desalineación se define en términos de angular y paralela (vertical y horizontal).  Entender los patrones espectrales y de forma de onda así como las relaciones de fase asociadas con ambos tipos de desalineación.  Saber diferenciar entre la desalineación y el desbalance.  En motores de 2 polos, 2X y 2xFL se pueden combinar para crear un pico único si no hay suficiente resolución en el espectro.  La vibración asociada con la desalineación puede variar según el tipo de acoplamiento.  Los acoplamientos flexibles también se deben alinear. Pata coja  La pata coja y la tensión/deformación de tuberías contribuyen a generar desalineación.  Pata coja y tensión de tuberías se deben comprobar y eliminar como parte del proceso de alineación de ejes.  En los motores de inducción AC, la pata coja genera un aumento en el pico a 2xFL. Eje doblado  Entender el movimiento asociado con un eje doblado.  Ser capaces de reconocer la condición de fallo en base a los cambios en los espectros y las lecturas de fase. Rodamiento torcido  Estar familiarizados con el concepto de rodamiento torcido.  Los rodamientos torcidos son consecuencia de procedimientos de montaje de rodamientos de baja calidad.  Los rodamientos se pueden instalar con el aro interior o el exterior torcidos.  La vida del rodamiento se reducirá considerablemente si se cometió este error de instalación.  Conocer el método para detectar un rodamiento torcido y las relaciones de fase en la dirección axial.

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Alineación de ejes Generalidades  Entender la importancia de la alineación de precisión de ejes.  Entender la importancia de los siguientes elementos relacionados con la alineación de ejes:  Seguridad y especificaciones para el bloqueo.  Galgas (shim) limpias.  Ambiente de trabajo limpio.  Entender los términos pata coja y tensión/deformación de tuberías y su relación con la alineación de ejes.  Entender el concepto de la tolerancia de alineación:  Saber el objetivo antes de iniciar una alineación. Alineación con relojes comparadores  Estar familiarizados con los relojes comparadores y su problemática.  Saber qué es la flexión de barras y que se debe compensar.  Ser capaces de reconocer las configuraciones de alineación de relojes inversos y, borde y cara. Alineación láser  Ser conscientes de la existencia de sistemas de alineación láser y su funcionamiento de forma genérica.  Ser capaces de enumerar algunos de los beneficios de la alineación láser en relación a la alineación con relojes comparadores.  Entender lo que suponen las restricciones en la base o en los tornillos.  Ser conscientes de los problemas relacionados con el crecimiento térmico y movimiento dinámico.  Que algunos sistemas pueden medir el desplazamiento real.  Que ese crecimiento térmico se puede calcular.  Tener una idea general del proceso de alineación.

Holguras mecánicas Holgura rotacional  La holgura es uno de los cuatro fallos más importantes, por lo tanto, se debe estar muy familiarizado con todos los aspectos del mismo.  Estar familiarizados con el concepto de holguras y ser conscientes que no siempre está claro exactamente lo que está suelto.  Dos patrones asociados con las holguras son:  Aumento del número y la amplitud de los armónicos de la frecuencia de giro del eje.  Subarmónicos.  Ser capaces de reconocer los síntomas de la holgura rotacional tanto en el espectro como en la forma de onda.  Una lectura de fase inestable también puede ser atribuible a esta condición de fallo.

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Holguras mecánicas… Holgura estructural  Entender la diferencia entre holgura estructural y debilidad estructural.  Los dos requieren diferentes acciones correctivas.  Ser capaces de reconocer estos fallos en el espectro de vibración.  Entender la relación entre la debilidad estructural y desbalance.  Entender la relación de fases entre dos piezas sueltas. Soportes de cojinetes/rodamientos  Las holguras en los soportes de cojinetes/rodamientos se tratan a menudo como un caso aparte de holguras.  Ser conscientes de los patrones espectrales creados por las holguras en los soportes de cojinetes/rodamientos. Análisis de transmisión por correas Frecuencias forzadas y relación de velocidad  Ser capaces de calcular la relación de velocidades basada en los diámetros de las dos poleas.  Ser capaces de calcular las frecuencias forzadas de los componentes de la transmisión por correas. Daños en correas  Ser capaces de calcular la frecuencia de paso de la correa (Fpc).  Saber que la frecuencia de paso de la correa es menor que las velocidades de giro.  Ser capaces de reconocer daños en la correa a partir de un espectro que tiene un pico a la Fpc con armónicos. Excentricidad  Estar familiarizados con la definición de la excentricidad.  Ser conscientes que la excentricidad y el desbalance se pueden confundir fácilmente entre sí.  Tener en cuenta que hay diferencias en las lecturas de fase.  Entender la diferencia entre la resolución de un problema de excentricidad y la resolución de un problema de desbalance. Desalineación de correas/poleas  Entender que las correas deben instalarse correctamente y las poleas deben estar alineadas correctamente.  Ser capaces de reconocer los patrones espectrales que indican que las correas están desalineadas.

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Rodamientos  Conocer cómo se detectan las condiciones de fallo más comunes: daños en la pista interna, externa y en los elementos rodantes.  Saber cómo calcular las frecuencias BPFO, BPFI, BSF y FTF y saber que son asíncronas.  Por qué se observan armónicos y bandas laterales en las frecuencias de fallo.  Cuándo la forma de onda puede proporcionar información adicional relacionada con la naturaleza y la severidad del fallo del rodamiento.  Los fundamentos del envolvente y las bases de las técnicas de impulsos de choque, Spike Energy y PeakVue.

Motores eléctricos Motores de inducción (AC)  Entender, en general, cómo funciona un motor de inducción de corriente alterna.  Estar familiarizados con los componentes principales del motor de inducción:  Estator (bobinados)  Rotor (barras)  Entrehierro  Polos  Entender la diferencia entre un motor de inducción y un motor síncrono.  Saber qué es la frecuencia de deslizamiento.  Entender el origen de la vibración a 2xFL y ser capaces de identificarla en un espectro de vibración.  Ser conscientes que un método para determinar si la vibración es eléctrica o mecánica es cortar alimentación.  Ser conscientes que los motores pueden sufrir desbalance, desalineación, holguras y desgaste de los rodamientos, además de otros fallos que les son propios. Variadores de frecuencia  Entender los variadores de frecuencia.  Que varía la frecuencia eléctrica de entrada al motor.  Ser conscientes que los VFDs se utilizan normalmente para:  Satisfacer las necesidades del proceso para velocidades del proceso específicas.  Para ahorrar energía.  Los VFDs pueden crear problemas a los analistas de vibraciones:  Pueden cambiar la velocidad durante la medición, distorsionando el espectro y generando datos erróneos.  El analista debe saber la velocidad de giro real para identificar 1X en el espectro.  Es importante tratar de medir las máquinas a la misma velocidad y carga. Fallos relacionados con el estator  Los problemas del estator generan un incremento en la amplitud del pico a 2xFL.  Los problemas del estator incluyen:  Estator excéntrico, también llamado entrehierro no uniforme por lo general causado por pata coja.  Bobinas del estator sueltas.

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Motores eléctricos … Fallos relacionados con el rotor  Ser capaces de calcular las siguientes frecuencias:  Frecuencia de deslizamiento.  Frecuencia de paso de polos.  Entender el patrón producido por las barras del rotor de motor e identificar este patrón en un espectro de vibración sin saber el número de barras que existen en el motor.  Ser conscientes que los rotores pueden tener los siguientes fallos:  Rotor excéntrico, entrehierro variable.  Deflexión térmica del rotor.  Barras rotas o agrietadas.  Problemas en láminas.  Conectores sueltos.  No se necesita memorizar los patrones asociados con cada uno de los fallos.  Entender que la modulación de la amplitud y las bandas laterales son comunes en los motores.  Ser conscientes que existen otras pruebas, como el análisis de la corriente del motor, para encontrar muchos de estos fallos en los motores.

Análisis de engranajes Frecuencias forzadas  Ser conscientes que las cajas de engranajes pueden tener diseños complicados y pueden generar una gran cantidad de frecuencias diferentes.  Ser capaces de calcular las frecuencias forzadas para cajas de engranajes de una y dos etapas.  Velocidades de eje.  Frecuencias de engrane.  Frecuencias de las bandas laterales. Análisis de la forma de onda  Entender el beneficio del análisis de forma de onda para no analizar únicamente los espectros.  Observar lo que ocurre cuando los dientes engranan.  Evaluar la severidad del fallo.  Entender la necesidad de capturar 4-10 rotaciones del eje con una frecuencia de muestreo lo suficientemente alta como para capturar el detalle de como engranan los dientes. Diagnóstico de fallos  Ser capaces de hacer una evaluación básica de la salud de los engranajes en base a los cambios en el espectro:  Los cambios en amplitud de GMF.  La presencia de armónicos GMF.  La presencia y el espaciado de bandas laterales alrededor de GMF.  Comprender la naturaleza de las fuerzas generadas por la carga excesiva de los dientes, por desgaste de dientes, holguras, desalineación, excentricidad y dientes agrietados o rotos y cómo el espectro se ve afectado.

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CAT II Conceptos clave

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Bombas, ventiladores y compresores  Ser capaces de calcular la frecuencia de paso de álabes/aspas o lóbulos.  Ser capaces de identificar en un espectro la frecuencia de paso de álabes/aspas/lóbulos.  Entender por qué la amplitud en la frecuencia de álabes/aspas/lóbulos se puede incrementar y por qué podríamos observar armónicos y bandas laterales.  Ser capaces de identificar el espectro de la cavitación, las turbulencias y el impulsor suelto.

Frecuencias naturales y resonancias  Entender los conceptos de frecuencia natural y resonancia.  Entender el concepto de masa, rigidez y amortiguación y su relación con las frecuencias naturales.  Conocer la relación entre amortiguación y el factor de amplificación Q.  Ser consciente de la importancia de evitar la resonancia.  Conocer las pruebas utilizadas para encontrar frecuencias naturales y los gráficos asociados.  Saber cómo se pueden hacer modificaciones para corregir las condiciones de resonancia.

Configuración de límites de alarma ISO  Saber que existen las normas ISO y proporcionan una guía aceptada por la industria.  Conocer las limitaciones del uso de los niveles globales como el criterio principal para determinar la condición de la máquina.  Conocer la diferencia entre ISO 10816 e ISO 7919.  Entender el propósito de la norma ISO 14694.  Ser capaces de utilizar la norma ISO 10816-3. Alarma  Entender por qué es importante establecer los límites de alarma correctamente en los espectros de vibración.  Entender la diferencia entre las alarmas de la máscara y las alarmas por banda.  Conocer que las bandas se pueden utilizar para tendencias, así como para configuración de alarmas.  Entender que las alarmas se pueden configurar manualmente y mediante el cálculo automatizado basado en datos históricos.

Pruebas de aceptación  Entender la importancia de la realización de pruebas de aceptación en planta.  Entender que las pruebas de aceptación deben realizarse en equipos nuevos y en equipos reparados/revisados por contratistas externos.  Entender que hay normas ISO que pueden proporcionar orientación sobre cómo establecer límites de vibración en equipos nuevos o reparados.  Ser capaces de seguir un procedimiento de pruebas para asegurar que las pruebas se realizan de acuerdo a la especificación de las pruebas de aceptación.

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Libro de Ejercicios

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Página 23

PRINCIPIOS DE VIBRACIÓN 1.

Verdadero o Falso: El nivel pico-pico es siempre dos veces el nivel de pico. a. b.

2.

3.

Verdadero Falso

¿Cuál es la relación entre la frecuencia y el periodo? a. b.

Es lo mismo Frecuencia (Hz) = 1/Periodo (segundos)

c.

Frecuencia = Periodo2

d.

Frecuencia (CPM) = 1/Periodo (segundos)

¿Cuál es la frecuencia de la forma de onda sinusoidal de la gráfica inferior?

a. b. c. d.

10 Hz 5 Hz 0,2 Hz 2 Hz

PRINCIPIOS DE VIBRACIÓN: AVD 1.

La medición que se relaciona con la posición del eje en un cojinete liso es… a. b. c.

2.

Desplazamiento Velocidad Aceleración

¿La sonda de proximidad se usa para medir? a. b. c.

Desplazamiento Velocidad Aceleración

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Página 24 3.

La medición que se relaciona con la tasa de cambio de la posición del eje en el cojinete es... a. b. c.

4.

Desplazamiento Velocidad Aceleración

¿Qué dos mediciones de vibración están desfasadas 180 grados? a. b. c. d.

7.

Desplazamiento Velocidad Aceleración

La medición que es proporcional a la fuerza del eje en un cojinete es… a. b. c.

6.

Desplazamiento Velocidad Aceleración

La medición que es proporcional al esfuerzo del eje en un cojinete es… a. b. c.

5.

CAT II Libro de Ejercicios

Desplazamiento y aceleración Velocidad y aceleración Desplazamiento y velocidad Todas las anteriores

Un espectro tiene un pico a 100 Hz de 5 mm/secRMS. Calcule los niveles de vibración correspondientes en las unidades siguientes: in/secpk _______________________________________________________________________ GRMS __________________________________________________________________________ Micras (µm)pk-pk_________________________________________________________________

8.

Se entiende que la severidad de vibración es proporcional al valor de velocidad. ¿Cuál de los siguientes niveles de vibración es la más severa? (Nota: Las lecturas se han tomado a la velocidad de giro de un motor que gira a 1485 RPM). a. b. c. d.

10 mm/secRMS 0,51 in/secpk 120 µmpk-pk 0,12 gRMS

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Página 25

PRINCIPIOS DE VIBRACIÓN: FASE 1.

La fase se mide en unidades de… a. b. c.

2.

Si dos señales están en fase… a. b. c.

3.

alcanzan sus picos máximos al mismo tiempo. una alcanzará su pico cuando la otra esté en cero. una alcanzará su mínimo cuando la otra alcance su máximo.

Si dos señales están desfasadas 180 grados… a. b. c.

4.

segundos RPM grados

alcanzan sus picos máximos al mismo tiempo. una alcanzará su pico cuando la otra esté en cero. una alcanzará su mínimo cuando la otra alcance su máximo.

¿Qué debe hacer si está comparando dos mediciones de fase en la dirección axial de la máquina?

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ 5.

Nombre tres métodos para tomar lecturas de fase:

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ 6.

La fase absoluta es… a. b.

7.

¿Qué tipo de medición de fase se usa cuando se hace un balanceo? a. b.

8.

la diferencia de fase entre un punto y una referencia arbitraria. la diferencia de fase entre dos puntos en la máquina.

Fase absoluta Fase relativa

¿Qué tipo de medición de fase es la más adecuada cuando se mide la fase para diagnosticar fallos típicos en máquinas? a. b.

Fase absoluta Fase relativa

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PRINCIPIOS DE VIBRACIÓN: LECTURAS DE VALOR GLOBAL 1.

Generalmente en un programa de monitoreo de vibraciones los niveles de valor global se usan para hacer tendencias y compararlos con gráficas de alarma. Describa las ventajas y los inconvenientes de usar este tipo de medición.

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ 2.

Enumere al menos dos formas para calcular el valor global RMS

____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________

PRINCIPIOS DE VIBRACIÓN: ESPECTRO 1.

Si la velocidad de giro de una máquina es 600 CPM y hay un pico a “8X”, calcular la frecuencia de ese pico: ___________________ CPM ______________ Hz _____________ X

2.

Si el pico a 10X está a 2500 CPM, la velocidad de giro de la máquina es _________________CPM a. b. c.

3.

250 CPM 2500 CPM 4,2 CPM

Dibuje una forma de onda sinusoidal de 2 Hz con una amplitud de 1 mm/secpk Dibuje el espectro correspondiente en mm/secRMS. Defina el eje Y con el valor máximo y mínimo de la escala en cada caso.

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CAT II Libro de Ejercicios 4.

Página 27

¿Cuál es la amplitud de pico en el espectro de la pregunta anterior (indique las unidades)?

____________________________________________________________________________________ 5.

El siguiente espectro “normalizado en órdenes” corresponde a un motor que conduce a una bomba de 1485 RPM a través de un acoplamiento flexible. Calcular la frecuencia del pico 6X: _____________ CPM

COMPRENSIÓN DE SEÑALES 1.

Imaginemos una máquina que genera una señal a 2 Hz de 2 mm/segpico y una segunda señal a 2 Hz de 1 mm/segpico. La fase entre las dos señales es de 0 grados. Dibuje la forma de onda y el espectro resultante en mm/segRMS. Defina el eje Y con el valor máximo y mínimo de la escala en cada caso.

2.

¿Cuál es la amplitud de pico en el espectro de la pregunta anterior (indique las unidades)?

____________________________________________________________________________________

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Página 28

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3.

Ahora imagine que las señales están desfasadas 180 grados. Dibuje la forma de onda y el espectro resultante en mm/segRMS. Defina el eje Y con el valor máximo y mínimo de la escala en cada caso.

4.

¿Cuál es la amplitud de pico en el espectro de la pregunta anterior (indique las unidades)?

____________________________________________________________________________________ 5.

Una señal cortada o distorsionada producirá… a. b. c. d.

6.

Los subarmónicos se pueden describir mejor como… a. b. c.

7.

Armónicos a 1/2X. Una serie de armónicos: 1X, 2X, 3X, 4X, etc. Armónicos impares. Armónicos pares.

Lo mismo que los armónicos normales pero con la mitad de tamaño. Una serie de picos uniformemente espaciados en el espectro con inicio a 0 CPM. Una serie de armónicos fraccionados, por ejemplo ½X, ¼X.

La modulación de amplitud se puede describir mejor como… a. b. c. d.

El cambio periódico en la frecuencia de una señal. El sonido emitido por una radio cuando no está ajustada correctamente. El cambio periódico en la amplitud de una señal. Los armónicos que no parecen correctos.

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CAT II Libro de Ejercicios 8.

Si una señal de 200 Hz varía en amplitud a una frecuencia de 20 Hz, ¿Qué patrón vería en el espectro? a. b. c. d.

9.

Un pico a 200 Hz, 400 Hz, 600 Hz, etc. Un pico a 200 Hz y 20 Hz. Picos a 180 Hz, 200 Hz y 220 Hz. Picos a 20, 40 y 60 Hz.

Si dos señales están muy cerca en frecuencia una de la otra generarán: a. b. c. d.

10.

Página 29

Substracción Armónicos Batimiento Modulación de amplitud

Describa lo que se oiría si un motor está generando señales a 99 Hz y 100 Hz a. b. c. d.

Un sonido chirriante Nada Un sonido pulsante con un periodo de 1 segundo Modulación de amplitud

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Página 30

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PROCESAMIENTO DE SEÑALES Información de utilidad:

N N líneas T = Ts × N = = = FS 2,56 × Fmax Fmax T = Tiempo requerido para recolectar la forma de onda Ts = Tiempo entre cada muestra Fs = Frecuencia de muestreo = Muestras por segundo N = Número de muestras (1024, 2048, 4096, etc.)

Fmax Resolución = líneas Ancho de Banda = Resolución × Factor de Ventana Factor de ventana = 1 (sin ventana/uniforme/rectangular) o 1,5 (ventana Hanning) Frecuencia de separación ≥ 2 x Ancho de banda ≥ 2 x Resolución x Factor de ventana Líneas espectrales requeridas ≥ 2 x Factor de ventana x Fmax / Frecuencia de separación Exactitud de frecuencia (en el pico) = ± ½ x Resolución

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CAT II Libro de Ejercicios 1.

La primera gráfica es el espectro de la señal bruta (no filtrada) procedente del transductor, dicha señal se pasa a través de un filtro dando como resultado la señal inferior, ¿Qué tipo de filtro se ha usado?

a. b. c. d. 2.

b. c.

La regla que establece que debe haber una Fmax suficientemente alta para ver frecuencias que están muy juntas. La frecuencia de muestreo debe ser mayor que dos veces la frecuencia de interés más alta. La frecuencia de muestreo debe ser 2,56 veces la frecuencia más alta.

Para la misma Fmax, si se aumenta el número de líneas de resolución… a. b. c.

5.

Una línea recta / plana. Sería una onda sinusoidal con una frecuencia de 1 Hz. Triangular ya que pasó de la parte superior de un ciclo a la parte inferior de la siguiente.

¿Qué es el criterio de Nyquist? a.

4.

Paso alto Paso bajo Paso banda Rechaza banda

Si una señal cíclica que alcanza su pico cada segundo se muestrea cada segundo, ¿Cómo sería la forma de onda? a. b. c.

3.

Página 31

La medición tardará más tiempo. El tiempo de medición no cambiará. La medición tardará menos tiempo.

Si un espectro tiene 1600 líneas de resolución, ¿Cuántas muestras tiene el registro en el tiempo? a. b. c.

1024 muestras 2048 muestras 4096 muestras

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Página 32 6.

Si la longitud del registro temporal es de 10 segundos y tiene 1024 muestras, ¿Cuál es el Fmax? a. b. c. d.

7.

No se dispone de suficiente información 6,25 segundos 1,6 segundos 0,16 segundos

Si el Fmax es de 120 Hz y se tiene un espectro de 3200 líneas, ¿Cuánto tiempo se tarda en muestrear la señal de vibración si tiene 10 promedios (sin superposición)? a. b. c. d.

9.

40 Hz 40 CPM 400 Hz 4000 Hz

Si la Fmax es de 10.000 Hz y se tiene un espectro de 1600 líneas, ¿Cuánto tiempo se tarda en muestrear la señal de vibración si sólo se hace un promedio? a. b. c. d.

8.

CAT II Libro de Ejercicios

267 segundos 27 segundos 12 segundos 6 segundos

¿Qué parámetros de Fmax y líneas de resolución son necesarios para separar las señales de vibración de 100 Hz y 100,50 Hz? (suponga que se utilizará una ventana Hanning):

____________________________________________________________________________________ 10.

Si un espectro tiene un pico a 250 Hz y el espectro tiene 800 líneas con Fmax = 800 Hz y sin ventana, ¿Cuál de las siguientes respuestas es verdad sobre la fuente real de vibración? a. b. c. d.

250 ±0,5 Hz 250 ±1 Hz 250 ±1,5 Hz 250 ±2 Hz

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Página 33

VENTANAS 1.

Se experimenta dispersión espectral “leakage” porque: a. b. c.

2.

El tipo de ventana que se usa de forma más habitual en la medición de vibraciones con un equipo portátil es: a. b. c. d.

3.

Hanning Flat top Exponencial Uniforme/Rectangular/Sin ventana

El tipo de ventana que se usa de forma más común para hacer un test de impacto es: a. b. c. d.

4.

La señal no empieza y termina en cero en el registro temporal, es "finita". Existen errores en el cálculo de la FFT. Las formas de onda del tiempo a menudo pueden tener mucho ruido.

Hanning Flat top Exponencial Uniforme/Rectangular/Sin ventana

La ventana que da mayor precisión de amplitud es: a. b. c. d.

Hanning Flat top Exponencial Uniforme

PROMEDIADO 1.

¿Cuántos promedios se deben definir cuando se utiliza un promediado lineal con una Fmax de 10.000 Hz? a. b. c. d.

2.

4-12 promedios 10-15 promedios 50 promedios +100 promedios

El tipo de promediado más común para la toma de datos en ruta es: a. b. c. d.

Promediado síncrono en el tiempo Promediado lineal Promediado de retención de pico Promediado negativo

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Página 34 3.

Verdadero o falso: El promediado lineal elimina todo el ruido del espectro a. b.

4.

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Verdadero Falso

Cuando se hace un test de impacto, ¿Qué tipo de promediado se debería definir? a. b. c. d.

Promediado síncrono en el tiempo Promediado lineal Promediado de retención de pico Promediado libre (free-run)

TOMA DE DATOS: SELECCIÓN DEL TRANSDUCTOR 1.

En un programa de monitoreo de la condición, ¿Cuál de estos factores es el más importante? a. b. c. d.

2.

Verdadero o Falso: Se puede utilizar el mismo tipo de sensor para realizar las mediciones de vibración independientemente de la aplicación. a. b.

3.

Integrar la señal. Derivar la señal. Multiplicar por la raíz cuadrada de 2. Dividir por 0,707.

Verdadero o Falso: La integración causa un cambio en la fase de la medición. a. b.

5.

Verdadero Falso

Para convertir de aceleración a velocidad se tiene que… a. b. c. d.

4.

El tamaño del sensor La repetibilidad de la lectura La rapidez de la medición La exactitud de la medición

Verdadero Falso

Cuando una señal se integra (aceleración-velocidad) ¿Qué ocurre con las señales de baja frecuencia ( 1 / 0,5 = 2 segundos. Por lo tanto, habrá una pulsación cada 2 segundos.

El periodo, marcado por la flecha horizontal en la forma de onda temporal, es 0,01 segundos. Por lo tanto, la frecuencia es 1/ 0,01 seg = 100 Hz. Se verá un pico a 100 Hz, pero debido a que esta onda es repetitiva (periódica) y no es una onda sinusoidal, también habrá armónicos o múltiplos de 100 Hz (2 x 100 Hz, 3 x 100 Hz, 4 x 100 Hz, etc.)

4.

Primero calcular la frecuencia más alta desde el periodo = 0,01 seg. Frecuencia (Hz) = 1 / período (seg) = 1 / 0,01 = 100 Hz. Esto dará como resultado un pico a 100 Hz en el espectro. A continuación calcular el periodo de la frecuencia de modulación. Hay 20 ciclos desde la amplitud más baja a la amplitud más baja de modo que el período = 20 x 0.01s = 0,2 segundos.

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Página 105

La frecuencia es por lo tanto 1 / 0,2 = 5 Hz. La frecuencia de modulación dará como resultado bandas laterales de 5 Hz alrededor de 100 Hz o picos a 95 Hz y 105 Hz Así, verá un pico a 100 Hz con bandas laterales a 95 y 105 Hz 5.

Existen dos causas principales de un nivel de ruido elevado en el espectro (sin incluir datos erróneos o problemas de instrumentación). Son: eventos únicos o impactos y vibraciones aleatorias. Describa las causas comunes (en las máquinas) de estos dos patrones de vibración. Vibraciones aleatorias: sensor suelto, partes sueltas, ruido de flujo o turbulencia en bombas, sopladores o compresores, etc. Impactos o eventos únicos: cavitación, desgaste del rodamiento tardío, etc. Debido a que estos dos pueden tener causas muy diferentes, pero se ven iguales en el espectro, es una buena idea también para analizar la forma de onda temporal.

6.

La modulación de amplitud da como resultado un patrón de bandas laterales en el espectro. A menudo se asocia con estos componentes de la máquina: engranajes, rodamientos y motores de corriente alterna.

7.

En la forma de onda del tiempo, la modulación de amplitud se puede confundir con batimiento, sin embargo el batido dará como resultado un patrón de dos picos muy juntos en el espectro de la vibración. Esto se debe a que la pulsación es causada por la adición de dos ondas sinusoidales de frecuencias ligeramente diferentes. La modulación de amplitud es una onda sinusoidal modulada (multiplicada) por otra onda sinusoidal y por tanto de frecuencias muy distintas.

PROCESAMIENTO DE SEÑAL 1.

2.

3.

4.

Fmax

Paso bajo

Lectura general de ISO RMS (10 - 1000 Hz)

Paso alto

Frecuencia de corte de 10 Hz

Paso de banda

Filtrado de datos por debajo de 5000Hz para la lectura de demodulación

Rechaza banda

Eliminar el ruido de baja frecuencia de la medición para evitar que se amplifique durante el proceso de integración. Hanning

Calibración del sensor

Flat Top

Test de impacto

Rectangular

Mediciones en ruta

Se mide la forma de onda y se calcula el espectro utilizando un algoritmo llamado Transformada de Fourier Rápida (FFT).

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Página 106

CAT II Ejercicios de Repaso Soluciones

5.

Si la Fmax es 1000 Hz, entonces la frecuencia de muestreo es: Fs = 2,56 x Fmax => 2,56 x Fmax = 2560 Hz y el tiempo entre muestras en la forma de onda es: Ts = 1 / Fs => Ts = 1 / 2.560 = 0,0004 segundos.

6.

Si Fmax = 1000 Hz y hay 800 líneas de resolución: a.

N = 2,56 x LOR = 2,56 x 800 = 2048

b.

T = LOR / Fmax = 800 / 1000 = 0,8 segundos

c.

Convertir RPM a Hz: Hz = RPM / 60 = 1200 / 60 = 20 Hz. Si gira 20 veces por segundo, entonces toma 1 / 20 (= 0,05 s) de segundo para girar una vez (periodo (S) = 1 / frecuencia (Hz)). La longitud de onda de tiempo (T) de la última pregunta es 0,8 segundos. Dividir esto por el tiempo para 1 revolución (0,05) => 0,8 / 0,05 = 16 revoluciones.

d.

R = Fmax / LOR = 1000 / 800 = 1,25 Hz

e.

Ancho de banda (BW) = Resolución (R) x WF = 1,25 x 1,5 = 1,875 Hz

7.

La ventana de Hanning se usa para resolver un problema llamado fuga

8.

Unir el tipo medio con la aplicación: Test de impacto

Promediado lineal

Medición en ruta

Retención de pico

Medición especial en caja de engranajes

Promediado negativo

Test de impacto en máquina en marcha

Promediado exponencial

Dar + peso a datos + recientes en proceso promediado

Promediado síncrono en el tiempo

Encontrar la amplitud de vibración más alta en una máquina cuando se mide durante un periodo de tiempo 9.

¿Cuántos promedios se usan normalmente con el promedio lineal en máquinas estándar? 4 - 12 ¿Qué % de solapamiento? 67% o 50%

10.

Hay aproximadamente 5,8 impactos en 0,2 segundos. Por consiguiente, cada impacto es de 0,2 / 5,8 = 0,034 segundos. Este es el periodo. La frecuencia en Hz = 1 / periodo = 1 / 0,034 = 29 Hz Hz x 60 = CPM = 29 x 60 = 1740 CPM 1740 RPM podría ser de 1X lo que provocaría un impacto a 1X, normalmente asociado con una holgura rotacional o un rozamiento. Tener en cuenta también que la forma de onda es asimétrica, como si estuviera golpeando algo en la parte superior.

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Página 107

TOMA DE DATOS 1.

200 mV / mil significa que la sonda entregará 0,2 voltios por cada mil de desplazamiento. Si la sonda se mueve 5 mils, la salida será de 5 x 0,2 V = 1 Volt.

2.

La salida de tensión de CC de una sonda de proximidad se refiere a la separación o distancia media entre la sonda y lo que se está midiendo (target) y la tensión de CA se refiere a movimiento dinámico o vibración.

3.

Se puede usar una sonda de proximidad apuntando a una cuña en el eje para medir la velocidad y la fase del eje. Cuando se usa de esta manera se llama Keyphasor®.

4.

Al analizar los datos de un par de sondas de proximidad montadas a 90 grados entre sí en un cojinete de turbina, el gráfico típico que se analiza se llama órbita.

5.

La gráfica de abajo se produce a partir de tensión DC de las sondas de proximidad. El borde exterior del gráfico tiene un valor de 1. Significa que el eje está tocando el cojinete. El punto central inferior de la gráfica muestra dónde está el eje cuando la máquina no está funcionando. Está en la parte inferior del cojinete. La flecha en la esquina superior izquierda del gráfico indica la dirección de rotación del eje; en este caso. ¿Cómo se mide este gráfico? Durante el arranque o la parada, en este gráfico se trazan la tensión continua de las dos sondas de proximidad. Muestra la posición media del eje en el cojinete. ¿A qué se refieren los números que están en la línea que se ve en la parte inferior del gráfico? La velocidad del eje a medida que se acelera.

6.

Desbalance, desalineación, holgura, o rozamiento, oil whirl, oil whip (látigo de aceite)

7.

Análisis de aceite o análisis de partículas de desgaste se puede utilizar para encontrar la alerta temprana de desgaste en la antifricción (babbit). La temperatura puede aumentar en una etapa de desgaste tardía y puede detectarse utilizando termografía o instalando sondas de temperatura.

8.

¿Un cojinete liso grande puede pasar de una salud perfecta al fallo catastrófico en aproximadamente cuánto tiempo? En segundos Por lo tanto, normalmente se emplea un sistema de protección para monitorear estos cojinetes.

9.

Para cada "g" de vibración el sensor emite 100 mV cuando está funcionando en su rango lineal. Por lo tanto, 5 g serían 5 x 100 mV = 500 mV

10.

Un compresor de alta velocidad con vibraciones de alta frecuencia y alta amplitud

10 mV/g

Un cojinete de baja velocidad

100 mV/g

Una típica bomba centrífuga de 1800 RPM y motor

500 mV/g

Los niveles más altos de aceleración requieren un sensor menos sensible.

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Página 108

CAT II Ejercicios de Repaso Soluciones

Los niveles más bajos de la aceleración requieren un sensor más sensible. Un acelerómetro de uso general fuera de la plataforma es de 100 mV/g. 11.

Es un acelerómetro con un integrador integrado. Por lo tanto, la salida eléctrica del sensor está en velocidad. Éstos se utilizan a menudo con los sistemas online baratos o los interruptores de vibración donde las alarmas se fijan en base a la velocidad.

12.

Ningún sensor puede medir perfectamente a cada frecuencia, por eso hay más de un tipo de sensor en el mercado. La respuesta en frecuencia del sensor (que es la misma que su curva de calibración) muestra la precisión con la que el sensor mide en cada frecuencia. La forma en que se monta el sensor también afecta la precisión con la que se mide en cada frecuencia. Es importante entender estos conceptos al elegir un sensor y una técnica de montaje.

13.

Cuanto más rígido esté montado el sensor, mayor será la frecuencia a la que puede medir con precisión. Un imán plano en una base plana es una conexión más rígida y por lo tanto tiene una mejor respuesta de alta frecuencia.

14.

Repetibilidad, todo el mundo monta el sensor en el mismo punto de medición.

15.

Una solución es supervisar los rodamientos 2, 3, 6, 7 y 8. Si se usa un sensor triaxial, las lecturas triaxiales son las mejores. De no ser así, tome una lectura radial en cada cojinete (ya sea vertical u horizontal) y, si es posible, hacer una lectura axial en los rodamientos 2, 3, 6 y 7. Debido a que el motor es pequeño, (menos de 30 pulgadas de diámetro), es correcto analizar sólo un rodamiento. Es mejor el extremo acoplado (2) porque ayudará a detectar la desalineación del motor al engranaje, por lo que también se puede analizar aquí una lectura axial. El extremo libre del motor puede tener una tapa por lo que puede no ser un buen punto de medición. Los rodamientos 3 y 6 en la caja de engranajes se toman por la misma razón, es decir porque están acoplados a los otros componentes. La distancia entre los rodamientos 3 y 6 es lo suficientemente grande como para poder tomar lecturas en ambos. Debido a que el rodamiento 4 está cerca de 3 y el rodamiento 5 está cerca de 6, no es necesario tomar lecturas en 4 y 5. Debido a que el diámetro de la bomba es grande (> 30 pulg.) Es una buena idea medir ambos rodamientos (7 y 8).

16.

Información de la placa de identificación: Para verificar que es la máquina correcta y que no se ha cambiado por una máquina similar. Puntos de medición nombrados e identificados de forma clara en el dibujo de máquina: así todo el mundo sabe dónde tomar las lecturas. También ayuda al analizar las gráficas para ver de dónde procede la vibración y para ver qué punto de medición seleccionar en el colector de datos. Si usan bases, la información indica dónde reemplazar las bases cuando se caen o despegan. Instrucciones de medición: para asegurarse que la máquina siempre se prueba de la misma manera, velocidad, carga, etc. Esquema de la máquina: así que se sabe qué componentes tiene la máquina, qué frecuencias hay que buscar y qué fallos se trata de diagnosticar. Esto debe incluir los tipos de rodamiento y la referencia si está disponible.

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Página 109

Al documentar lo anterior, cualquier persona debe ser capaz de medir la máquina correctamente y el programa no debe fallar cuando el "experto" ya no está en la compañía.

DIAGNÓSTICO DE FALLOS 1.

La velocidad del eje de la bomba está marcada con la flecha. El pico a la izquierda de este, marcado con una caja es 1/2X y los picos marcados con triángulos son armónicos de 1/2X. Estos se llaman "subarmónicos", no deben confundirse con "subsíncrono". Los subarmónicos son submúltiplos de la frecuencia de interés. Pueden ser mitades (como en este caso), tercios o cuartos. Los subarmónicos se asocian a menudo con holgura rotacional o fricción.

2.

Si la velocidad del motor es 1800 RPM entonces la frecuencia de la línea es 60 Hz (si fuera 50 Hz la velocidad del motor sería 1500 RPM para un motor de inducción de 4 polos). Por lo tanto 2xFL es 2 x 60 Hz = 120 Hz. La velocidad del motor en Hz es 1800 / 60 = 30 Hz. Esto haría aparecer 120 Hz a 4X (120 / 30 = 4). Sin embargo, siempre hay deslizamiento en un motor de inducción, es decir, el motor probablemente funcione a 1740 RPM (29 Hz) o cerca de esa frecuencia. Esto significa que 2xFL será ligeramente superior a 4X o el pico marcado con D. La amplitud de este pico puede subir si el estator está excéntrico. Esto está causado generalmente por pata coja. Los devanados sueltos del estator también darán lugar a un aumento de amplitud, igual que una tensión de fase de línea desbalanceada.

3.

Los picos marcados con A y B no son sincrónicos. Parecen estar alrededor de 3,3X y 6,6X. B es un armónico de A. Estos son frecuencias de rodamiento, probablemente de un defecto de la pista externa (suponiendo que la pista interna del rodamiento está girando). Los rodamientos más comunes tienen entre 8 - 12 bolas y sus frecuencias de defecto a menudo aparecen entre 3 y 12X. Se puede usar una fórmula simplificada para estimar las frecuencias donde BPFO es de aproximadamente 0,4 x nº bolas y BPFI es 0,6 x nº bolas (en órdenes). Por lo tanto, un rodamiento con 8 bolas tendría una frecuencia de defecto en la pista externa en torno a 3,2X. Sería bueno saber si estos picos aparecieron gradualmente en el espectro a lo largo del tiempo a medida que el defecto se genera y empeora. Es por eso importante contar siempre con la tendencia. Otra posibilidad es que se trate de vibración externa de otra máquina. Se podrían medir los espectros de vibración de las máquinas cercanas para ver si alguna de las frecuencias forzadas coinciden.

4.

Los picos marcados con 'B' no son síncronos y están en un rango (entre aproximadamente 3 - 12X) donde normalmente se encuentran defectos en rodamientos que tienen entre 8 y 12 bolas. Los picos marcados con 'A' están una distancia exactamente de 1X a la derecha e izquierda de la primera flecha 'B'. Si el primer pico 'B' está en 3,24X entonces las flechas 'A' están en 2,24X y 4,24X. Estas son las "bandas laterales a 1X" y se generan por modulación de amplitud. Este patrón es común para un defecto de pista interna cuando la pista interna del rodamiento está girando y para un defecto en la pista externa cuando la pista externa está girando.

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Estos picos son todos no síncronos. Observar lo fácil que es determinar que los picos no son síncronos cuando los datos se muestran en órdenes. La flecha que está en el centro de las tres juntas está a 5,9X. La flecha del extremo derecho es un armónico de este en (5,9 x 2 = 11,8X). Los picos no síncronos en este rango están causados a menudo por defectos en rodamientos. Las flechas a la izquierda y a la derecha de 5,9X están separadas de 5,9X a una distancia de aproximadamente 0,27X. Éstas son bandas laterales, pero no bandas laterales del eje (las bandas laterales relacionadas con eje estarían en 4,9X y 6,9X). Estas bandas laterales son de velocidad de jaula (FTF) y 0,27X representa la velocidad de rotación de la jaula. Esto causa la modulación de amplitud que da como resultado bandas laterales en el espectro. Por lo tanto, es probable que se trate de un defecto en una bola o en un rodillo.

6.

El 1XH será mucho más alto que 1XV tomado en el mismo rodamiento y la diferencia de fase entre ellos no será 90 grados (como sería para el desbalance). La relación entre 1XH y 1XV debe ser la misma en ambos rodamientos del mismo componente de la máquina (por ejemplo, ambos rodamientos del motor). La diferencia entre ellos es en cómo se resuelven. Las holguras implican que hay algo que se puede apretar, por ejemplo sujetar los pernos para resolver el problema. La debilidad implica que la propia base tendrá que rigidizarse o que la máquina tendrá que sujetarse con tirantes.

7.

Los álabes de la bomba estarán en 13X y 19X. Se marcan con flechas en la siguiente gráfica:

Los picos relacionados con la barra del motor se marcan en el espectro de abajo. El pico de las barras del motor es en el número de barras multiplicado por la velocidad del eje y tendrá bandas laterales a 2xFL. Normalmente hay entre 30 y 90 barras, así que mire entre 30X y 90X. Esta es una máquina de 1800 RPM (30Hz) por lo que 2xFL será ligeramente superior a 4X. El eje horizontal tiene marcas verticales separas 5X.

¿Cuántos polos tiene este motor? 4 Si el motor está funcionando a 1760 RPM, ¿Cuál es la frecuencia de deslizamiento? 1800 - 1760 = 40 RPM ¿Cuál es la frecuencia de paso del polo? El número de polos (4) veces la frecuencia de deslizamiento (40 RPM) = 160 RPM

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La escala logarítmica o dB permiten ver pequeños picos de amplitud en presencia de picos de gran amplitud. Los picos de amplitud pequeños pueden ser los rodamientos, mientras que los picos grandes pueden ser 1X y las frecuencias de paso de aspa. Piense en tratar de fotografiar a su amigo de pie junto a un edificio grande, donde la parte superior del edificio debe estar en la foto. En una escala lineal esto sólo funcionará si el edificio es menos de 10 veces más alto que la persona. Si es mayor que esto, puede ver la parte superior del edificio, pero su amigo está cortado en la parte inferior, o puede ver a su amigo, pero no la parte superior del edificio. Cuando se utiliza una escala lineal, se debe volver a escalar el gráfico de esta manera para ver ambos. ¡Esto lleva tiempo! En una escala logarítmica o dB, el edificio puede ser 1000 veces más alto y todavía se puede ver tanto el edificio y su amigo claramente en la imagen. Debido a que la escala logarítmica y la escala lineal permite ver todos los datos importantes en una gráfica, también significa que se puede utilizar una escala de gráfico fijo en lugar de autoescalar las gráficas. Esto ofrece otra gran ventaja. Cuando todos los gráficos siempre se escalan de la misma manera, se hace muy fácil para los ojos y la mente seleccionar patrones y comparar una gráfica con otra, por ejemplo, de diferentes puntos de medición, de fechas distintas o ejes diferentes en la misma máquina. Esto acelera drásticamente el proceso de análisis. El beneficio de dB sobre log es que la escala vertical en un gráfico de dB es "lineal" y la parte de registro está contenida en la unidad misma. Esto significa que se puede mirar un pico en el espectro y estimar su amplitud sin hacer clic en él. No se puede hacer esto con una escala logarítmica porque la escala está graduada (sube en factores de 10). En una escala de dB se debe recordar que un aumento de 6 dB es una duplicación de la amplitud. Cuando se usa dB en unidades imperiales de VdB (decibelios de velocidad), una escala fija correcta puede ser de 60 - 120 VdB.

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BALANCEO 1.

Un vector describe una magnitud (amplitud) y una dirección (ángulo de fase).

0

5 mils 3 mils a

270

90 4 mils

180 2.

4 mils a 90 grados es el vector horizontal en la parte inferior que apunta a la derecha.

3.

Para añadir 3 mils @ 0 grados a esto, colocar la cola del vector de 3 mil en la punta del vector de 4 mil y dibuje el vector vertical (en la dirección de 0 grados). A continuación, dibujar un vector desde la cola del vector de 4 mil hasta la punta del vector de 3 mil, esta es la solución. Se puede medir la longitud de este vector con una regla y el ángulo "a" con un transportador Para calcular esto matemáticamente, es un triángulo rectángulo (ángulo de 90 grados entre los vectores 4 mil y 3 mil) para que pueda utilizar x2 + y2 = z2 32+ 42 = z2 Z = 5 mils El ángulo "a" es tan-1 (3 / 4) = 36,9 grados

4.

Resumir el procedimiento que está en los apuntes del curso.

5.

Cuando se balancea un rotor in situ, si el peso de prueba es demasiado pequeño no influirá en el rotor lo suficiente para que pueda calcular la solución de balanceo. Si es demasiado grande puede dañar la máquina. El peso de prueba debe generar una fuerza igual a aproximadamente 10% del peso del rotor y debe cambiar las lecturas de fase y amplitud originales en aproximadamente 30%.

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6.

Los rotores anchos a menudo sufren de desbalance dinámico o de par y por lo tanto requieren una solución de balanceo de dos planos.

7.

La cantidad de desbalance que queda en un rotor después de haber sido balanceado se denomina desbalance residual.

8.

Hay dos tipos de normas generales de balanceo. El primer tipo se basa en la amplitud de la vibración y el segundo tipo se basa en el desbalance residual, que es la cantidad de desbalance que queda en el rotor después de haber sido balanceado (tener en cuenta que los rotores nunca están perfectamente balanceados, siempre hay algún desbalance residual). Los niveles altos de vibración causan problemas. Si está imprimiendo chips electrónicos y existe un ventilador desbalanceado cerca de la línea de montaje, la vibración del ventilador puede viajar a través del suelo y afectar el producto. Por lo tanto, es posible que se quiera establecer límites en el nivel de vibración en el ventilador. Las fuerzas que se producen por un peso de desbalance son proporcionales al desbalance residual, el radio de este desbalance desde el centro de rotación y la velocidad de rotación al cuadrado. Las fuerzas producidas por el desbalance pueden causar daño o fatiga a la máquina y su base. Por lo tanto, es posible que se quiera establecer límites en las fuerzas (o desbalance residual). Ambos tipos de normas son útiles y tienen su aplicación.

CONFIGURACIÓN DE ALARMAS 1.

Según la tabla, el límite superior es de 6,5 mm/segRMS para una medición de puesta en marcha o de aceptación en un equipo nuevo. Se considera que una máquina con aisladores está montada de forma flexible.

2.

3,5 mm/segRMS coloca la vibración en la zona B (entre 3,2 y 5,1 mm/segRMS para esta bomba), por lo tanto, se permite la operación a largo plazo sin restricciones. Sin embargo, se debe informar que la bomba está operando lejos de su punto de máxima eficiencia. El límite superior de la Zona B para esta bomba es de 5,1 mm/segRMS. Multiplicar esto por 0,25 (25%) y añadir el valor a la línea base (3,0 mm/segRMS) para configurar la alarma. 0,25 x 5,1 + 3,0 = 4,275 mm/segRMS. Para utilizar la alarma que calculó en la última pregunta (4,275 mm/segRMS), basándose en la línea de base, la bomba debe ensayarse en las mismas condiciones cada vez, p. el mismo BEP. Para la prueba en la que BEP estaba de nuevo al 90% y el nivel de RMS era de 4,4 mm/segRMS, la máquina estaría en alarma. Para la medición donde se operó al 50% de BEP, existen dos opciones. La mejor opción sería volver a probar la bomba en el BEP correcto y comparar el valor con la alarma que generó. Si

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esto no puede hacerse, se puede comparar directamente el nivel medido con el gráfico de alarmas. En este caso, 4,4 mm/segRMS estaría en la Zona B (entre 3,2 y 5,1). 3.

La vibración de la tubería es la única que supera el umbral C / D. Es posible que haya una condición de resonancia en las tuberías. Recomendar la realización de un test de impacto en las tuberías o cambiar la velocidad del compresor para verificar si se trata de un problema de resonancia.

4.

Esto se denomina alarma de "máscara" o "envolvente". Uno de los problemas principales es que los defectos de rodamientos darán lugar generalmente a los picos que son mucho más pequeños en amplitud que otras frecuencias forzadas como 1X y o paso aspa/álabe. Si la alarma está ajustada lo suficientemente alta como para evitar falsas alarmas, puede ser demasiado alta para detectar los defectos en los rodamientos. Es probable que los picos marcados con flechas tengan frecuencias de rodamientos que no atraviesan la alarma.

Las alarmas de banda, como la que se muestra a continuación, tienen la misma capacidad de detectar cualquier pico que va por encima del nivel de alarma, pero también tienen un segundo tipo de alarma basado en la cantidad de energía en cada banda. A pesar de que la frecuencia del rodamiento nunca puede llegar lo suficientemente alto como para llegar al nivel de alarma, se suma energía a la banda y puede disparar la alarma de la banda. Esto hace que este tipo de alarma sea mejor que la alarma de máscara.

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