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Centro de Estudios Ingeniería de Mantenimiento

Curso de Instrucción ISO 18436-2, Categoría I Material de apoyo elaborado expresamente para el curso de instrucción ISO 18436-2, Categoría I, confeccionado a partir de una selección rigurosa de las diapositivas de mayor valor teórico y práctico, concebidas y utilizadas por la División de Ingeniería de Vibraciones, Ruido y Diagnóstico del CEIM

Dr. Ing. Evelio Palomino Marín, PA. Profesor de Vibroacústica Aplicada División de Ingeniería de las Vibraciones, Ruido y Diagnóstico Octubre, 2007

Copyright © 2007 Centro de Estudios en Ingeniería de Mantenimiento Ave. 114 No. 11901. Edificio 12. Campus CUJAE. Marianao. Ciudad de la Habana. Cuba.

Palomino M., Evelio. Curso de Instrucción ISO 18436-2, Categoría I.

Vibrasoft® es una marca registrada del Centro de Estudios de Ingeniería de Mantenimiento, CEIM - CUJAE

Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial de este material sin previa autorización escrita del Centro de Estudios de Ingeniería de Mantenimiento, CEIM – ISPJAE. Impreso por CEIM - CUJAE

CURSO DE INSTRUCCIÓN ISO 18436-2, Categoría I Evelio Palomino Marín, Doctor en Ciencias Técnicas, Ingeniero Mecánico PROFESOR DE VIBROACÚSTICA APLICADA CEIM – Centro de Estudios Ingeniería de Mantenimiento Ave. 114 No. 11901. Edificio 12. Campus CUJAE. Marianao. Ciudad de la Habana. CUBA Tel: +(537) 266.36.42 E-mail: [email protected] EVELIO PALOMINO MARÍN, La Habana, Cuba 1957. Ingeniero Mecánico 1981, Universidad Politécnica de la Habana José A. Echeverría (CUJAE), Centro Rector de la enseñanza de la Ingeniería y la Arquitectura en Cuba. Grado Científico de Doctor en Ciencias Técnicas, CUJAE, Cuba. Profesor de Condition Monitoring y Alineación Láser, CUJAE, Cuba. Adiestrado en el Instituto de Vibroacústica Aplicada, Politécnica de Póznan, Polonia 1988-89 y en el Instituto de Investigaciones de la Construcción de Maquinarias, Academia de Ciencias, Moscú 1990-91. Más de veinticinco años de experiencia profesional ejerciendo cátedra universitaria y participando en la solución de problemas de investigación y desarrollo en las ramas del Azúcar, el Petróleo, la Generación Eléctrica, la Pesca, el Cemento, la Salud, el Turismo, la Sideromecánica, las Fuerzas Armadas y el Níquel entre otras, incluyendo la formación de personal técnico especializado. Profesor Invitado, Universidad Nacional Experimental Politécnica Antonio José de Sucre, Puerto Ordaz, Venezuela 1993-94, Universidad de los Andes (UNIANDES), Santa Fe de Bogotá, Colombia 1998, Universidad Técnica de Oruro, Universidad Mayor de San Andrés y Universidad Mayor de San Simón, Bolivia 2000-2007. Premio Anual de la Comisión Nacional de Grados Científicos por Mejor Tesis de Doctorado en Ciencias Técnicas. Tres veces Distinción Especial del Ministro de Educación Superior de la República de Cuba por Trabajo Distinguido en la Enseñanza de Postgrado y las Investigaciones Científicas. Premio Anual de la Academia de Ciencias de Cuba por sus aportes científicos en el campo de las Vibraciones y el Diagnóstico Mecánico. Premio Relevante en el XIV Forum Cubano de Ciencia y Técnica por sus aportes durante más de 25 años a la Industria Cubana. Jefe de la División de Ingeniería de las Vibraciones, Ruido y Diagnóstico del Centro de Estudios en Ingeniería de Mantenimiento, CEIM. Miembro del Tribunal Nacional y de la Comisión Nacional de Grado Científico. Presidente del Comité Técnico de Normalización en Vibraciones y Acústica de la República de Cuba. Consultor de Condition Monitoring y Alineación Láser para la Compañía Canadiense HYATT INDUSTRIES LTD.. Miembro de la Canadian Machinery Vibration Association.

Primera edición: Diciembre, 2006. Segunda edición: Octubre, 2007.

Certificación del personal ISO 18436 – Condition monitoring and diagnostics of machines – Requirements for training and certification of personnel

NC/ISO 18436-2

Parte 1: Requerimientos para las entidades certificadoras y el proceso de certificación. Parte 2: Monitorado de estado y diagnóstico por vibraciones. Parte 3: Requerimientos para las entidades entrenadoras. Parte 4: Gestión y análisis de la lubricación. (DIS)

NC-ISO 18436

Parte 5: Termografía. (DIS)

MONITORADO DE ESTADO Y DIAGNÓSTICO DE MÁQUINAS – REQUERIMIENTOS PARA EL ADIESTRAMIENTO Y LA CERTIFICACIÓN DEL PERSONAL – Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Parte 6: Diagnóstico y pronóstico. (DIS) Parte 7: Especialistas en el monitorado de estado. (DIS) Evelio Palomino Marín

Categorías

Categoría I: Preparado para medir vibraciones correctamente.

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Examen final – Categoría I, ISO 18436-2

50 Preguntas de selecció selección mú múltiple 2 Horas de Duració Duración

Categoría II: Análisis básico espectral de vibraciones a un canal. Categoría III: Técnicas avanzadas de diagnóstico a dos canales y establecimiento de programas de monitorado. Categoría IV: Análisis multicanal y dinámica de rotores.

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Aprobado Aprobado 75% 75% Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

1

Literatura básica

Elementos de Medició Medición y Aná á lisis de Vibraciones An en Má Máquinas Rotatorias Evelio Palomino

Centro de Estudios Ingeniería de Mantenimiento Curso para Certificació Certificación Categorí Categoría I – NC/ISO 1843618436-2

Tema I

Fundamentos del Mantenimiento Dr. Ing. Evelio Palomino Marín PRESIDENTE Comité Técnico Cubano de Normalización Vibraciones y Acústica NC/CTN-98

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Éxito del mantenimiento

Divisió Ruidopara y Diagnó óstico NC/ISO 18436-2, Categoría I División de Ingenierí Ingeniería de las Vibraciones, Curso Diagn Certificación

Objetivos generales del mantenimiento

Organizació Organización.

Reducir las paradas imprevistas.

Ubicació Ubicación geográ geográfica de la instalació instalación. Conservar la capacidad de trabajo de las instalaciones.

Régimen de producció producción. Edad té técnica y estado de las má máquinas. Tecnologí Tecnología y grado de automatizació automatización.

Reducir las pé pérdidas econó económicas.

Formació Formación del personal. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

2

Seguridad ante todo

La acción de mantenimiento Reactivo

Temperaturas extremas

Sí

¿Averí Avería?

Exposición a elementos rotatorios

Contra Averí Avería

Acceso a equipos

No PROACTIVO

Condiciones de operación no habituales PROTECCIÓ PROTECCIÓN AUDITIVA!!!

Conciencia acerca de los equipos del entorno

Manté Manténgase alejado de los ejes

Evelio Palomino Marín

¿DefectoDefecto-Causa? Sin identificar

Preventivo

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

La planificación del mantenimiento Reactivo

Sí

Correctivo

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

El Mantenimiento Predictivo

¿Averí Avería?

Contra Averí Avería

No PROACTIVO

Sin identificar

Identificado

¿DefectoDefecto-Causa?

Identificado

Preventivo Fabricante Estadística y fiabilidad

Forma de planificar y organizar el mantenimiento, en virtud de la evolució evolución del comportamiento mecá á nico de la maquinaria mec industrial.

PREDICTIVO

Diagnóstico Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

3

El Mantenimiento Predictivo

Mantenimiento Contra Avería + Uso de toda la vida útil de la maquinaria - Daños / averías muy severos - Estado de alerta necesario las 24 horas del día - Es necesario un stock de piezas de repuesto muy grande - Paradas de las máquinas dilatadas y no planificadas

Es una forma de GERENCIAR LA ACTIVIDAD DE MANTENIMIENTO

A

Servicio periódico

1 2

3 t Mantenimiento ineficaz

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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Reemplazo

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Mantenimiento Preventivo Planificado

Mantenimiento Basado en Condición + + + +

+ Daños / averías menores + Paradas de maquinaria planificadas - No se aprovecha del todo la vida útil de la máquina - Demasiadas reparaciones (innecesarias)

Piezas de repuesto y reparaciones basadas en condición Aprovecha la vida útil de la maquinaria al 100% No existen daños por reacción en cadena Confiabilidad en el proceso productivo

- Esfuerzos / costos en chequeo de condición

Localización de fallos y eliminación del defecto

A

A

Mantenimiento basado en condición

Reparación Servicio periódico

Servicio periódico Alarma

1 2

Servicio periódico

1

3

t

2

Alerta

3

t

intervalo inadecuado intervalo adecuado Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

4

Mantenimiento Predictivo + + + + + +

Piezas de repuesto y reparaciones basadas en estado Aprovecha la vida útil de la maquinaria al ≈100% Servicio dependiendo del estado futuro No existen daños por reacción en cadena Paradas de maquinaria planificadas por predicción Confiabilidad en el proceso productivo

No se toman medidas de ningún tipo hasta que se produce la avería.

¡Hasta ¡Hasta que que se se rompa! rompa!

Ventajas

- Esfuerzos / costos en la supervisión/evaluación de estado A

Mantenimiento Contra Avería

Mantenimiento basado en estado

Inversión mínima Reparación basada en predicción

Servicio periódico

Servicio periódico

Inconvenientes

Alarma

1 2

Gastos elevados por destrozos

Alerta t

3

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Pérdidas por paradas de producción evitables

Evelio Palomino Marín

Mantenimiento Preventivo Se calcula la duración teórica de los elementos mecánicos y se reemplazan antes de que sobrepasen esta duración.

Ventajas

Reponer Reponer piezas piezas aún aún en en buen buen estado estado técnico. técnico.

Se evitan algunas paradas por avería

Inconvenientes Aún pueden ocurrir averías catastróficas que ocasionen costosas reparaciones

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Mantenimiento Basado en Condición Se evalúa el estado de los componentes mecánicos mediante técnicas de seguimiento y análisis, programando las operaciones de mantenimiento solamente cuando sean necesarias.

Ventajas

Reponer Reponer solamente solamente piezas piezas en en mal mal estado. estado.

Prácticamente se evitan todas las paradas por avería Se minimizan los tiempos de reparación. Mejora continua. Las técnicas de análisis de la maquinaria nos permiten ajustar éstas para que funcionen en su nivel óptimo.

Pérdidas de producción por paradas evitables

Inconvenientes

Gastos elevados en piezas que son reemplazadas en buenas condiciones.

Inversiones por concepto de instrumentación y capacitación del personal.

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

5

Mantenimiento Predictivo Se evalúa el estado de los componentes mecánicos mediante técnicas de seguimiento, análisis y pronóstico, programando las operaciones de mantenimiento solamente cuando sean necesarias.

Reduce

Ventajas Prácticamente se evitan todas las paradas por avería Se minimizan los tiempos de reparación. Mejora continua. Las técnicas de análisis de la maquinaria nos permiten ajustar éstas para que funcionen en su nivel óptimo.

Inconvenientes

Reponer Reponer solamente solamente piezas piezas en en mal mal estado. estado.

Inversiones por concepto de instrumentación y capacitación del personal.

Evelio Palomino Marín

El Mantenimiento Predictivo

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Paradas planificadas y no planificadas. Inversiones por adquisició adquisición de cojinetes y sellos. Consumos energé energéticos. Materiales en almacé almacén. Problemas del medio ambiente. Costos de seguridad. Evelio Palomino Marín

El Mantenimiento Predictivo

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Mantenimiento Predictivo. ¿Por qué?

Incrementa Recuperació Recuperación del capital invertido en las máquinas. Producció Producción y el perí período de operació operación de las máquinas. Calidad de los productos. Seguridad de los trabajadores. Operació Operación óptima de las má máquinas. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

A favor...

En contra... Investigaciones iniciales, selección de puntos de medición, establecimiento de límites Selección y compra de instrumentos Formación

sí no

Períodos mayores entre paradas Menor tiempo en reparaciones

Predictivo

Reducción de piezas en stock Menos paradas no planificadas Eliminación de daños secundarios Reducción en las interrupciones de producción

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

6

Con el Mantenimiento Predictivo

Se logra el ahorro de los recursos al planificar las intervenciones de acuerdo con el estado de las má máquinas. quinas. Conociendo con anterioridad la causa de los defectos, defectos, se elaboran y planifican los volú volúmenes de trabajo y las necesidades de piezas de repuesto. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Las Tecnologías Predictivas

Conocimiento necesario para pronosticar el comportamiento mecá mecánico de la maquinaria industrial. Se nutren de las té técnicas de diagnó diagnóstico.

Evelio Palomino Marín

Técnicas de diagnóstico

Tool Kit de diagnóstico Análisis de Vibraciones

Procedimientos encaminados a identificar las causas del problema

Diagnó Diagnóstico por vibraciones. Aná Análisis de aceite. Diagnó Diagnóstico por temperatura. Aná Análisis de corriente y pará parámetros elé eléctricos. END Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

END

Aná Análisis de Lubricante Evelio Palomino Marín

Termo Visión

Análisis de Corriente Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

7

Prof. E. Rabinowicz (M.I.T)

El Intervalo P-F Punto donde se inicia el fallo

Pérdida Pérdidade de funciones funciones Obsolescencia Obsolescencia (15%) (15%)

Corrosió ón Corrosi Corrosión (20%) (20%)

Abrasió ón Abrasi Abrasión Evelio Palomino Marín

Degradación Degradaciónde de superficie superficie (70%) (70%)

Accidentes Accidentes (15%) (15%)

P Fallo potencial (Punto donde el fallo es diagnosticable)

Desgaste Desgaste mecá ánico mec mecánico (50%) (50%)

Fallo

F

Fatiga Fatiga

Agarramiento Agarramiento Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Tiempo El intervalo PP-F es el tiempo que media entre la identificació identificación del fallo y el momento en que este tiene lugar Evelio Palomino Marín

El intervalo P-F en cojinetes de rodamientos

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

La mejor tecnología de diagnóstico Es aquella que permita maximizar el intervalo PP-F

Vibraciones

Parámetro síntoma

BCU, Impulsos de Choque Inicio del defecto

Aná Análisis de Vibraciones Ruido perceptible al oído Tiempo calendario

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

8

La mejor tecnología de diagnóstico

La mejor tecnología de diagnóstico

Es aquella que permita maximizar el intervalo PP-F

Es aquella que permita maximizar el intervalo PP-F

Aná Análisis de Lubricante

Termovisió Termovisión

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

La mejor tecnología de diagnóstico Es aquella que permita maximizar el intervalo PP-F

Ensayos No Destructivos

Evelio Palomino Marín

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La mejor tecnología de diagnóstico Es aquella que permita maximizar el intervalo PP-F

Aná Análisis de Intensidad de Corriente

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Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

9

Todo problema tiene su causa

PROBLEMA

Todo problema tiene su causa

PROBLEMA

CAUSA

CAUSA

PROBLEMA

PROBLEMA

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Todo problema tiene su causa

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Todo problema tiene su causa

PROBLEMA

CAUSA

CAUSA

PROBLEMA Evelio Palomino Marín

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PROBLEMA Evelio Palomino Marín

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10

Por ejemplo

DESALINEAMIENTO

Y por ejemplo

DESBALANCE

Fallo prematuro y reiterado del rodamiento Evelio Palomino Marín

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Fallo prematuro y reiterado del rodamiento Evelio Palomino Marín

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Vida útil

⎛ 16 666 ⎞⎛ C ⎞ L10 = ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ RPM ⎠⎝ P ⎠

Por ejemplo R.P.M. : 2220 r.p.m.

p

C : 87100 [N]. P : 4358 [N]. p : 3.

L10: Vida nominal expresada [h].

p 3

666 666 ⎛ 16 ⎛C⎞ ⎞ ⎛ 16 ⎞⎛ ⎞87100 L10L10= =⎜ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎟ RPM⎠⎝ ⎠4358 ⎝P⎠ ⎠ ⎝ ⎝2220

C: Capacidad de carga dinámica [N]. P: Carga dinámica equivalente [N]. p: Exponente del tipo de elemento rodante. (3 - bolas, 10/3 - rodillos) Evelio Palomino Marín

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L10 = 59933 horas Evelio Palomino Marín

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11

Desbalance y fuerza dinámica

Vida útil del rodamiento. Sobrecarga R.P.M. : 2220 r.p.m.

φ : 1200 [mm] md : 20 [g]. M : 95 [kg].

C : 87100 [N].

U = 126.3 [g[g-mm/kg mm/kg]]

P : (4358 + 648) [N]. p : 3.

r : 600 [mm].

Fd = md

ω

2

p

r

Fd = 0.02 [(2220)(2π/60)]2 0.6

Fd= 648 [N] Evelio Palomino Marín

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L10 = 39542 horas Evelio Palomino Marín

Afectación en la vida útil del rodamiento Por diseño

L10 = 59933 horas

3

⎛ 16 ⎞666 ⎛C⎞ ⎞ ⎛ 16 666 ⎛ ⎞87100 L10 =L10⎜ = ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎟ ⎝ RPM ⎠⎝ P+⎠648⎠ ⎝ 2220 ⎠⎝ 4358

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El parámetro síntoma

Desde finales de la dé década del 40 y principio de los añ años 50, las vibraciones comenzaron a ser utilizadas como pará parámetro sí síntoma del estado té é cnico de la maquinaria industrial. t

Con un desbalance de 20 g @ 600 mm (95 kg)

L10 = 39542 horas

Afectación de un 34% (20391 horas) Evelio Palomino Marín

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Hasta hoy dí día, las vibraciones mantienen el liderazgo dentro de los pará parámetros sí síntomas empleados en el diagnó diagnóstico de la maquinaria industrial. Evelio Palomino Marín

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12

Desarrollo histórico

Diagnóstico de estado Con mediciones analíticas de las vibraciones y un régimen multi-funcional de monitorado con evaluación automatizada de valores límites y diagnóstico de defectos.

Carácter de las vibraciones

desde aprox. 1985

Monitorado Convencional del estado de la máquina Con mediciones globales de las vibraciones y comparando con valores límites.

desde aprox. 1960

Evalución Subjetiva de la condición de la máquina Escuchando, observando e incluso palpando (al tacto). Evelio Palomino Marín

hasta aprox. 1960

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Evelio Palomino Marín

Carácter perjudicial

• • • •

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Carácter perjudicial de las vibraciones

Fallos por fatiga. Afectaciones a construcciones civiles. Disminució Disminución de la calidad del producto. Afecciones a los seres humanos.

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Evelio Palomino Marín

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13

Hotel  de lujo

Carácter perjudicial de las vibraciones

Modelació Modelación del cuerpo humano para el estudio del comportamiento de éste ante las vibraciones

Evelio Palomino Marín

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Evelio Palomino Marín

Hotel  de lujo

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Bombas Transfer en Mina de Oro Inti Raymi Bolivia

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14

Bombas Transfer en Mina de Oro

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Bombas Transfer en Mina de Oro

Evelio Palomino Marín

Bombas Transfer en Mina de Oro

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No hay dudas!!!

Noviembre 7 de 1940 64 km/h Evelio Palomino Marín

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Carácter beneficioso de las vibraciones

• Zarandas, cribas y transportadores vibratorios. • Alivio de tensiones. • Ensayos acelerados de fatiga. • Calibració Calibración de dispositivos e instrumentos para la medició medición de vibraciones.

Alivio de Tensiones por Vibraciones

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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Carácter informativo de las vibraciones

• Diagnó Diagnóstico vibroacú vibroacústico de la maquinaria industrial. • Diagnó Diagnóstico vibroacú vibroacústico de estructuras portantes.

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El Programa de Mantenimiento Predictivo

Técnicas para determinar estado ESTUDIO ESTUDIODE DETENDENCIAS TENDENCIASde deniveles nivelesde delalavibración, vibración, BCU, BCU,temperatura, temperatura,presión, presión,caudal,... caudal,...Anuncia Anuncialalaaparición aparición de dedefectos. defectos.

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

• Mediciones perió periódicas. • Detecció Detección del problema.

ANÁLISIS ANÁLISISESPECTRAL, ESPECTRAL,posibilita posibilitala laidentificación identificacióndel del defecto. defecto.

• Identificació Identificación del defecto y su causa. • Pronó Pronóstico de fallo.

TÉCNICAS TÉCNICASESPECIALES ESPECIALESDE DEANÁLISIS ANÁLISISDE DEVIBRACIONES, VIBRACIONES, tales talescomo comoel elanálisis análisisde deenvolvente, envolvente,cepstrum, cepstrum,análisis análisisde de fase, fase,forma formade deonda,... onda,...

OTRAS OTRASTÉCNICAS, TÉCNICAS,como comoel elanálisis análisisde delubricantes, lubricantes, ultrasonidos, ultrasonidos,termografía,... termografía,...

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

• Planificació Planificación de la intervenció intervención. • Correcció Corrección del problema y eliminació eliminación de su causa. • Control de calidad. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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El Programa de Mantenimiento Predictivo

Mediciones periódicas. El Vibrómetro

• Mediciones perió periódicas. • Detecció Detección del problema. • Identificació Identificación del defecto y su causa. • Pronó Pronóstico de fallo. • Planificació Planificación de la intervenció intervención. • Correcció Corrección del problema y eliminació eliminación de su causa. • Control de calidad. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

¿Dónde medir? La Lamedición mediciónde devibraciones vibraciones se serealiza realizacolocando colocando los los sensores sensoresen en los los soportes soportes de delos los cojinetes. cojinetes.

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Parámetros

Vibración: Vibración:Para Paracontrolar controlar el elestado estadogeneral generalde delas las máquinas. máquinas.

BCU: BCU:Para Paracontrolar controlarel el estado estadode delos losrodamientos. rodamientos.

Otros Otrosparámetros: parámetros: Temperatura, Temperatura,presión, presión, caudal,... caudal,...

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

18

El Programa de Mantenimiento Predictivo

Relación vibraciones - estado

• Mediciones perió periódicas. • Detecció Detección del problema. • Identificació Identificación del defecto y su causa. • Pronó Pronóstico de fallo. • Planificació Planificación de la intervenció intervención. • Correcció Corrección del problema y eliminació eliminación de su causa. • Control de calidad. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Análisis de tendencias

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

¿Cómo evaluar la severidad? Alarma

Vibraciones

AVERÍA ALARMA

Vibraciones

Alarma = 10 x Referencia

Alerta

Alerta = 2.5 x Referencia

Referencia Referencia = Valor medio

ALERTA REFERENCIA

Tiempo Calendario Tiempo Calendario

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Los Losvalores valoresde de alarma alarma deben deben reajustarse reajustarseconforme conforme se se vaya vayaconociendo conociendo mejor mejor cada cada máquina. máquina. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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Sistema de diagnóstico competente

El Programa de Mantenimiento Predictivo

• Mediciones perió periódicas. • Detecció Detección del problema. • Identificació Identificación del defecto y su causa. • Pronó Pronóstico de fallo. • Planificació Planificación de la intervenció intervención. • Correcció Corrección del problema y eliminació eliminación de su causa.

• Alcance del diagnó diagnóstico. • Rapidez y precisió precisión del diagnó diagnóstico. • Automatizació Automatización del procesamiento de la informació información. • Cantidad y complejidad de las má máquinas a monitorar. • Efectividad econó económica.

• Control de calidad. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Analizadores de vibraciones

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Relación vibraciones - estado

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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Espectros

Relación vibraciones - estado

Detección y diagnóstico preciso de:

Los picos pronunciados en los espectros corresponden a las fuentes de vibración, identificándose así el origen de los problemas. Evelio Palomino Marín

Cuando se desarrolla un problema mecánico, aparecen uno o varios picos asociados, que revelan el origen del problema.

Amplitud de la vibración

Desbalance, desalineamiento, holguras excesivas, roces, excentricidad, ejes flexados, defectos en rodamientos, deterioro de engranajes, montajes incorrectos problemas electromecánicos, resonancias, problemas en máquinas de flujo, etc.

Frecuencia Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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El Programa de Mantenimiento Predictivo

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Pronóstico de fallo

• Mediciones perió periódicas. • Detecció Detección del problema. • Identificació Identificación del defecto y su causa. • Pronó Pronóstico de fallo. • Planificació Planificación de la intervenció intervención. • Correcció Corrección del problema y eliminació eliminación de su causa. • Control de calidad. Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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El Programa de Mantenimiento Predictivo

Causas más importantes

• Mediciones perió periódicas. • Detecció Detección del problema. • Identificació Identificación del defecto y su causa. Daño en acoplamiento

• Pronó Pronóstico de fallo. • Planificació Planificación de la intervenció intervención.

Vibraciones

• Correcció Corrección del problema y eliminació eliminación de su causa.

Desgaste en sellos

• Control de calidad. Evelio Palomino Marín

Daño en rodamientos Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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Balanceo de masa

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Alineación por rayo láser

MUY MUYIMPORTANTE IMPORTANTE •• Confirmar Confirmarque queelel problema problemarealmente realmente es esdesbalance desbalance •• Ejecutar Ejecutardiferentes diferentes tipos tiposde decorrecciones: correcciones: por porgrados, grados,masa masafija, fija, por porlocalizaciones, localizaciones, medición medicióncon concinta cinta métrica, métrica,eliminación eliminaciónde de masa masa •• Grados Gradosde decalidad calidad según segúnISO ISO1940 1940

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

22

Alineación por rayo láser

Evelio Palomino Marín

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Alineación por rayo láser

Evelio Palomino Marín

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23

Parámetros de medición en el diagnóstico de máquinas

Señales de vibraciones. Tipos

Parámetros de medición

Señales de Vibraciones Vibraciones absolutas en cojinete Vibraciones Mecánicas

Estado del cojinete

Estacionaria

Vibraciones relativas en eje Propagación sonora

No-estacionaria

Desplazamiento relativo del eje

Desplazamiento

Expansión relativa del eje

Determinística

Aleatoria

Continua

Transitoria

Expansión absoluta en carcaza

Temperatura

Periódica

Velocidad

Casi-periódica

Valores de proceso (p.e. temperatura, flujo desempeño, etc.)

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Vibraciones Armónicas

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Vibraciones complejas Composite vibrations X

f

X t

t

X

2f

+

t

X

T

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f=

1 [Hz] T

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f + 2f

= Evelio Palomino Marín

t

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1

Características de las vibraciones armónicas

Amplitud

^x

(p-p)

Período

T

(sec.)

Frecuencia

f

(Hz)

Frecuencia angular

ω = 2π f

(s-1)

Ángulo de fase

ϕo

(Radian)

Características de las vibraciones armónicas

Amplitud

ϕo when t = 0

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^x

ϕ0

ϕ0 ω

T

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Vibraciones periódicas x

ω t)

1 Frecuencia f = T

Ángulo de Fase

Ángulo de fase nulo

x(t) = ^ x cos (ϕ o +

^ x

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Tipos especiales de vibraciones Vibraciones determinísticas - Beat

x

El efecto beat se presenta cuando se superponen dos vibraciones con frecuencias ligeramente diferentes .

t f x

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

x t

10 11

f

x t

x

f Evelio Palomino Marín

10

11

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

2

Tipos especiales de vibraciones

Clasificación – Vibración propia

Vibraciones determinísticas - Transitorias Es una vibracion no-periódica que describe la transición entre dos condicones diferentes.

Vibraciones libres Ejemplo 1

20 15

Un péndulo que oscila con su frecuencia natural, siendo:

10 5 0

ωn = frecuencia natural l = longitud g = aceleración de la gravedad

-5 -10 -15 -20

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Clasificación – Vibración propia

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Clasificación – Vibración autoexcitada

Vibraciones libres

Ejemplo

Ejemplo 2

Turbulencias en lubricante

Un sistema masa-resorte que vibra a una frecuencia específica, siendo:

La cuña de lubricante rota dentro de la superficie interna del cojinete a una velocidad ligeramete menor que ½ de la velocidad de rotación del eje

ωn = frecuencia natural c = rigidez del resorte m = masa

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3

Clasificación – Vibración excéntrica

Vibración paramétrica excitada

Vibración forzada

Ejemplo

Ejemplo

Rotores de generadores sincrónicos de 2 polos con diferencia significativa de rigidez en los ejes A y B

El desbalance en un disco de masa “m”, eje de rotación “W” y velocidad “ω”, causado por un desplazamiento del centro de masas “S”

Durante la rotación, la rigidez vertical del eje cambia en el tiempo en un sistema de coordenadas espaciales, resultando en dos frecuencias de resonancia diferentes

siendo F = fuerza centrífuga e = desplazamiento del centro de masas expresado en µm

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Clasificación – Vibración excéntrica

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Características de las vibraciones complejas

• Análisis en banda estrecha - Descomposición en sus componentes armónicas (p.e. a través de analizadores de frecuencia o filtros de seguimiento)

Caracterización en amplitud

s

so = spico Saverage

srms = seff t

• Análisis en banda ancha - A través de una formación aditiva en determinado rango de frecuencia (p.e. 10 …. 1,000 Hz)

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spico-pico = spp

su = spico

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4

Caracterización en amplitud

Factores de conversión

Valor pico-pico describe el desplazamiento máximo total Factor de conversión

valor pico

Valor PicoPico

Valor Pico

Valor rms

Valor Promedio

Valor PicoPico

1

0,5

0,35

0,32

Valor Pico

2

1

0,71

0,64

Valor rms

2,83

1,41

1

0,90

Valor Promedio

3,14

1,57

1,11

1

describe el desplazamiento máximo referido a cero

Valor pico equivalente se conoce como valor pico calculado

Valor medio tiene en cuenta el desplazamiento en determinado intervalo de tiempo

valor efectivo (rms) tiene en cuenta el contenido energético en determinado lapso de tiempo

Factor de Cresta es una medida del contenido pico de la señal Evelio Palomino Marín

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Vibraciones mecánicas en máquinas

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Parámetros de medición

Perceptibles y medibles en la superficie de las partes constructivas y la fundación Desplazaimento de vibración “s”

en [µm] o [mil]

= desviación del punto de medición de la posición de reposo

También se describe como sonido estructural Velocidad de vibración “v” Producidas por partes rotatorias u oscilatorias, e incluso por fluidos o gases en contacto con partes sólidas

Proporcionan características para evaluar:

en [mm/s] o [ips]

= velocidad con la cual el punto de medición se mueve respecto a la posición de reposo

Aceleración de la vibración “a”

en [m/s2] o [G’s]

= aceleración con la cual el punto de medición se mueve respecto a la posición de reposo

Estado de la máquina Requerimientos dinámicos de la fundación y el entorno Bases prácticas para el diagnóstico y eliminación de fallos Evelio Palomino Marín

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5

Conversiones

Conversión

Desplazamiento

Velocidad

Aceleración

s [mm]

v [mm/s]

a [ m/s²]

1

v

Desplazamiento

s= Velocidad

ω

s ⋅ω

1

a=

s ⋅ω 2

v ⋅ω

a

ω a

ω2

v=

Aceleración

Nomograma para conversiones

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1

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Influencia de la integración – Teoría Desplazamiento Velocidad

s = s • sen(ω • t) v = s • ω • cos(ω • t)

Aceleración

a = s • -ω2 • sen(ω • t)

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Influencia de la integración – Práctica Espectro de velocidad

ϕs = 0º ϕv = ϕ s + 90º ϕa = ϕ v + 90º

1

Espectro de aceleración 0,5

5

0 36

31

5

5

0 27

22

18

13

0

a

90

v 45

0 0

s

-0,5

Espectro de desplazamiento

-1

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6

Selección del parámetro de medición

No obstante …

Desplazamiento: Máquinas con velocidades inferiores a 600 rpm (10 Hz) Vibraciones estructurales o Vibración relativa (vibraciones en ejes) en cojinetes de deslizamiento a cualquier velocidad

Si se pretende identificar defectos cuyas vibraciones se manifiestan a bajas frecuencias . . .

Velocidad:

SE DEBE MEDIR DESPLAZAMIENTO

Máquinas con velocidades superiores a 600 rpm (10 … 1,000 Hz)

Aceleración: Vibraciones con frecuencias de interés superiores a 2,000 Hz Evelio Palomino Marín

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Algunos defectos de bajas frecuencias

Desbalances de masa. Desalineamientos. Desalineamientos. Solturas. Deformaciones permanentes en árboles y ejes. Excentricidades en transmisiones poleaspoleas-correas. Inestabilidad subsincró subsincrónica Evelio Palomino Marín

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Y…

Si se pretende identificar defectos cuyas vibraciones se manifiestan a altas frecuencias . . . SE DEBE MEDIR ACELERACIÓ ACELERACIÓN

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7

Algunos defectos de altas frecuencias

Transmisiones por engranajes. Diná Dinámica de rodetes de ventiladores. Diná Dinámica de impelentes de bombas. Estado de rodamientos. Rozaduras rotorrotor-estator

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Y finalmente …

Si se pretende evaluar de forma general el comportamiento diná dinámico de la máquina . . . SE DEBE MEDIR VELOCIDAD

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Medición de vibraciones

Rotor

Vibración Absoluta del Eje

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Vibraciones en máquinas La magnitud de las vibraciones transmitidas depende de: Rigidez del elemento vibratorio

Vibración Relativa del Eje

Vibración Absoluta en Cojinete

Amortiguamiento en cojinetes y la película de lubricante Amortiguamiento en fundación

Pedestales Masa del rotor, cojinetes y fundación

Fundamento Propiedades de la sub-fundación

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8

Vibraciones en máquinas

¿Dónde medir? – Cojinete o Eje

Regla 1: Debe medirse en aquel lugar donde se obtenga la mejor información

Regla 2: De no haber experiencia, la mejor información se obtendrá midiendo: Vibraciones relativas en ejes cuando hay cojinetes De deslizamiento Vibraciones absolutas cuando hay cojinetes de rodamientos

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Vibraciones en máquinas

Vibraciones en máquinas Masa desbalanceada Rodete

Apoyo C Apoyo B

coupling Evelio Palomino Marín

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9

Vibraciones en máquinas

Generación de vibraciones Fd

Fdy

F d = md ω 2 r md

Fdx

r

ω

Exceso de masa en una paleta Evelio Palomino Marín

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Vibraciones en máquinas

Vibraciones en máquinas

Masa desbalanceada

Masa desbalanceada

Rodete

Rodete

Apoyo C

Apoyo C

Apoyo B

Apoyo B

coupling Evelio Palomino Marín

coupling Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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10

Vibraciones en máquinas

Distribución de fuerzas

Masa desbalanceada

Fd

RB Apoyo C

Fdy

Fdx

Rodete

Apoyo B

Apoyo C

RBy

RCx

RBx

Apoyo B

RCy Coupling

RC

coupling Evelio Palomino Marín

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Distribución de fuerzas

Distribución de fuerzas. Plano vertical

Fdy

Fdx Apoyo C

Apoyo B

Apoyo C

RBy

RCx

RBx

Apoyo B

RBy

RCx

RBx

RCy

RCy

Coupling

Evelio Palomino Marín

Fdy

Fdx

Coupling

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

11

Fuerzas dinámicas. Plano vertical

RBy

Distribución de fuerzas. Plano horizontal

Fdy

Fdx

Fdy Apoyo C apoyo C

coupling

Apoyo B

RCy

RCx

RBx

Rotor desbalanceado

apoyo B

RBy RCy

Coupling

RBx

Evelio Palomino Marín

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Evelio Palomino Marín

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal RBx

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal RBx

Fdx apoyo C

coupling

Fdx apoyo C

coupling Rotor desbalanceado

apoyo B

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Rotor desbalanceado

apoyo B

RCx

RCx

RBx

RBx

Isaac Newton (1642-1727) Matemático y físico británico

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12

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal RBx

RCx apoyo C

coupling

Fdx

apoyo C

coupling

Rotor desbalanceado

apoyo B

RCx RBx

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

RBx

Evelio Palomino Marín

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal

apoyo C apoyo B

RBx Fdx Rotor desbalanceado

Fdx apoyo C

coupling

Rotor desbalanceado

apoyo B

RCx

RBx RBx

Evelio Palomino Marín

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Fuerzas dinámicas. Plano horizontal

RCx coupling

Rotor desbalanceado

apoyo B

RBx

Evelio Palomino Marín

Fdx

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

RBx

Evelio Palomino Marín

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13

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal RBx

RCx apoyo C

coupling

Fdx

apoyo C

coupling

Rotor desbalanceado

apoyo B

RCx RBx

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

RBx

Evelio Palomino Marín

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal

apoyo C apoyo B

Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal RBx

RCx coupling

Rotor desbalanceado

apoyo B

RBx

Evelio Palomino Marín

Fdx

Fdx

apoyo C

coupling

Rotor desbalanceado

Fdx

Rotor desbalanceado

apoyo B

RCx

RBx RBx

Xb(t)

RBx

Repetir Evelio Palomino Marín

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14

Fuerzas dinámicas. Plano horizontal

Vibraciones en el plano horizontal

RCx apoyo C

coupling apoyo B

RBx

Fdx Rotor desbalanceado

¿Cómo varí varía el desplazamiento del apoyo B en el plano horizontal?

Xb(t)

RBx

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Espectro de vibraciones

s(t) S

CICLO

ω 0

amplitud

Representació Representación grá gráfica que muestra la distribució distribución de las amplitudes de las vibraciones en funció función de la frecuencia de éstas.

Vibración armónica

φ ω AMPLITUD = S f

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frecuencia Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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t CICLO

CICLO =

1 f

FASE = φ

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15

Vibraciones en la maquinaria industrial

¿Son siempre de cará carácter armó armónico?

Una afirmación matemática

Cualquier funció n matemá funcióvibración matemática, por muy compleja que sea, puede ser descompuesta en infinitas conseguida sumando funciones senoidales vibraciones armónicas con amplitudes, frecuencias y fases dadas.

Jean Baptiste Fourier (1768-1830) Matemático francés Evelio Palomino Marín

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Evelio Palomino Marín

Cualquier vibració vibración, por muy compleja que sea, puede ser descompuesta en infinitas vibraciones armó armónicas con amplitudes, frecuencias y fases dadas.

Vibraciones en máquinas rotatorias Cuando se desarrolla un problema mecánico, aparecen uno o varios picos asociados, que revelan el origen del problema.

Amplitud de la vibración

Análisis de vibraciones – Punto de vista

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Frecuencia Evelio Palomino Marín

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16

Componente a 50 Hz

Evelio Palomino Marín

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Componente a 50 Hz

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Componentes a 50 Hz y 80 Hz

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Componentes a 50 Hz, 80 Hz y 120 Hz

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17

Componentes a 50 Hz, 80 Hz, 120 Hz y 180 Hz

Evelio Palomino Marín

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Componentes a 50 Hz, 80 Hz, 120 Hz y 180 Hz

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Dominios del tiempo y de la frecuencia ia nc ue c re

Tie mp

cia en cu e Fr

Amplitud

z] [H

Tie mp

Tie mp

o Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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o

Amplitud

o

Amplitud

Amplitud

Tie mp

Evelio Palomino Marín

ia nc ue c re

Amplitud

F

Amplitud

F

Dominios del tiempo y de la frecuencia

cia en cu e Fr

z] [H

o Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

18

Dominios del tiempo y de la frecuencia 4 3

ia nc ue ec r F

Generadas:

2

Amplitud

Componentes de frecuencias en los espectros

1

2

1

4

3

Excitadas:

4

Tie mp

Tie mp Evelio Palomino Marín

o

2

o

Amplitud

Amplitud

3

1

F

ia nc ue c re

z] [H

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Electrónicas:

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Definiciones según NC-ISO 2041

VIBRACIÓ VIBRACIÓN es toda variació variación en el tiempo, de una magnitud que describe el movimiento o la posició posición de un sistema mecá mecánico, cuando esta magnitud es alternativamente mayor o menor que cierto valor promedio o de referencia.

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Frecuencias forzadas o de diagnóstico. Son generadas por la máquina durante su funcionamiento habitual, debido a desbalances, a fuerzas aerodinámicas, engranajes, etc. Frecuencias excitadas debido a resonancias de los elementos de máquina, estructuras portantes y elementos no rotatorios en general. Frecuencias falsas o fuera de ubicación debido a insuficiencias propias del procesamiento digital de las mediciones o a problemas de naturaleza electrónica.

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Definiciones según NC-ISO 2041

VIBRACIÓ VIBRACIÓN LINEAL es una vibració vibración en la cual la trayectoria vibratoria de un punto tiene lugar segú según una línea recta. FRECUENCIA es el inverso del perí período fundamental (tiempo de repetició repetición de un fenó fenómeno perió periódico). Se expresa en Hertz [Hz] Hz], lo cual se corresponde con un ciclo por segundo

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19

Unidades para expresar la frecuencia

Algunas relaciones importantes

Frecuencia Angular = 2π / T Frecuencia Angular Î radianes/segundo Î 1/s Frecuencia = 1 / T Hz x 2π = rad / s = 1 / s

Frecuencia Î ciclos/segundo Î Hertz

c.p.m x 2π / 60 = rad / s = 1 / s Frecuencia Î ciclos/minuto Î c.p.m. c.p.m.

Hz x 60 = c.p.m c.p.m / 60 = Hz

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Ejemplo No.2

Ejemplo No.1

¿Cuá Cuál es el perí período de una vibració vibración armó ]? armónica si su frecuencia es de 29.6 [Hz [Hz]?

¿Cuá Cuál es la frecuencia de una vibració vibración armó armónica cuyo perí ]? período es de 50 [ms [ms]?

T = 1 / 29.6 = 0.0338 [s] = 33.8 [ms [ms]]

f = 1 / 0.050 = 20 [Hz [Hz]]

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20

Ejemplo No.3

Si pero no

Frecuencia de Vibració Vibración = Velocidad de Rotació Rotación

Exprese en [c.p.m .] el resultado del Ejemplo No. 2 [c.p.m.] SOLO NUMERICAMENTE

CONCEPTUALMENTE

f = 20 x 60 = 1200 c.p.m. c.p.m.

c.p.m. c.p.m. ≠ r.p.m. r.p.m. Evelio Palomino Marín

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Ejemplo No.4

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Simplificación máquina – soportes

Una motomoto-bomba opera a 1750 r.p.m. r.p.m. ¿Cuá Cuál es la frecuencia de rotació rotación de esta má máquina?

Máquina real

Modelo máquina - soportes

m

1750 c.p.m. c.p.m. k

29.16 Hz Evelio Palomino Marín

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Evelio Palomino Marín

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21

Vibración libre sin amortiguamiento

Frecuencia natural

m

m

m

Tn

m k

k

k

Tn

k

Tn = Evelio Palomino Marín

1 fn

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fn = Evelio Palomino Marín

1 2π

k m

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En realidad

En realidad

Modelo máquina - soportes Máquina real

m

m k

k

c

Ta

Ta =

c

1 fa fa = fn 1− ς 2

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

22

Vibración forzada

En má máquinas rotatorias se define como la frecuencia de rotació rotación del rotor, pudié pudiéndose identificar como fo o como 1x. 1x. Sus armó armónicas superiores se identifican como 2x, 2x, 3x, 3x, 4x, 4x, ..., 10x, 10x, ...

m

m

m m c

k

k

To

c k

c

To = Evelio Palomino Marín

Frecuencia fundamental

1 fo

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Las componentes nono-armó armónicas se identifican como nx donde n es un número fraccionario menor o mayor que la unidad (0.48 (0.48,, 1.5). 1.5). Evelio Palomino Marín

Frecuencia fundamental

En má máquinas rotatorias se define como la frecuencia de rotació rotación del eje, pudié pudiéndose identificar como fo o como 1x. 1x.

Frecuencia dominante

Se define como la frecuencia de mayor amplitud en el espectro.

fdominante

fo

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Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Evelio Palomino Marín

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23

Ejemplo No.5

Amplitud de la vibración

Frecuencia fundamental

800 r.p.m.

¿Cuá Cuál es la velocidad de operació operación de una má máquina que genera una frecuencia fundamental de 59 [Hz ]? [Hz]?

1750 r.p.m.

n = 59 x 60 = 3540 r.p.m. r.p.m.

Frecuencia Evelio Palomino Marín

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Evelio Palomino Marín

Componentes armónica

Ejemplo No.6

¿Cuá Cuál será será el valor de la frecuencia fundamental de las vibraciones generadas por una má máquina que opera a 1180 [r.p.m .]? [r.p.m.]? fo = 1180 / 60 = 19.7 [Hz [Hz]]

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En má máquinas rotatorias se definen como múltiplos enteros de una frecuencia especí específica. En el caso particular de la frecuencia fundamental fo, sus armó armónicas será serán, 2x fo, 3x fo, 4x fo, ..., 10x fo, ...

Para referirse a una componente armó armónica de cierta frecuencia será será suficiente con la simbologí simbología, 2x, 2x, 3x, 3x, 4x, 4x, ..., 10x, 10x, ... Evelio Palomino Marín

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24

Componentes armónicas de la frecuencia fundamental

1x

2x

3x

4x

5x 6x

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7x

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25

Muy importante!!!

Sólo conocemos bien, aquello que somos capaces de medir y cuantificar.

Albert Einstein

Imprescindible

El especialista en aná análisis de vibraciones tiene que estudiar tanta informació información como sea posible, para poder emitir un diagnó diagnóstico preciso en relació relación con el estado de la maquinaria industrial

(1879-1955) Físico alemán Evelio Palomino Marín

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Dos formas de medir vibraciones

• Medició Medición acú acústica.

Medición acústica

La medició medición del sonido producido por una má máquina es una medida del nivel de vibraciones producido por ésta. Se cuantifica la propagación de la onda vibroacústica a través del aire.

• Medició Medición de superficie.

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1

Ventaja de la medición acústica

Desventaja de la medición acústica

La medició medición de sonido permite cuantificar el nivel de vibraciones que está están produciendo simultá simultáneamente, todos y cada uno de los puntos que integran la má máquina objeto de aná análisis.

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En el ámbito industrial, en la inmensa mayoría de los casos, el sonido circundante es comparable con el sonido generado por la máquina objeto de análisis. Evelio Palomino Marín

Cuidado

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Medición de superficie

Se cuantifica la vibración de la superficie de la máquina. No confundir la medición de sonido con la señal acústica que entregan instrumentos ultrasónicos, especializados en el diagnóstico de cojinetes de rodamientos.

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2

Es una medición discreta

La medición tiene lugar en un número finito de puntos, pertenecientes a la máquina o al entorno.

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Es una medición directa

En la mayoría de los casos, la medición tiene lugar por contacto directo del sensor con la superficie de medición.

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Puede ser una medición indirecta

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Dominio del tiempo

En algunos casos particulares, la medición tiene lugar sin que exista contacto entre el sensor y la superficie de medición.

5mm/s p @ 125 Hz Evelio Palomino Marín

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3

Dominio de la frecuencia

Onda rectangular

5 mm/s p @ 125 Hz Evelio Palomino Marín

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0.5 V p Evelio Palomino Marín

Espectro de una onda rectangular

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Onda rectangular

2.5 ms

fo = 400 Hz Evelio Palomino Marín

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0.5 V p Evelio Palomino Marín

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4

Vibraciones en el dominio del tiempo

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Y su espectro

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El análisis FFT

El análisis FFT

FFT

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FFT

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5

El análisis FFT

Un poco de historia

FFT

Fourier (siglo XIX) Î

Serie y Transformada

La matemática Î

Transformada Discreta de Fourier, DFT

James W. Cooley IBM Watson Research Center John W. Tukey Bell Laboratories

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Evelio Palomino Marín

La Transformada Rá Rápida de Fourier, es un algoritmo eficiente para el cá cálculo computarizado de la Transformada Discreta de Fourier. Es el cerebro de los modernos analizadores de vibraciones Evelio Palomino Marín

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Algoritmo eficiente para el cálculo de la DFT. Nace la FFT

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Observación temporal de vibraciones

Valor Pico-Pico

¿Qué es la FFT?

Î

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Valor Pico Valor RMS

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6

Root Mean Square

De las vibraciones ¿qué se mide?

Es la raí raíz cuadrada de la media aritmé aritmética de un conjunto de valores instantá instantáneos elevados al cuadrado. Se usa para cuantificar amplitudes.

• Desplazamiento (s (s).

T RMS =

• Velocidad (v (v).

1 V2(t) dt T

• Aceleració Aceleración (a (a).

0

En el caso de una vibració vibración armó armónica, nica, el RMS = 0.707 x Valor Pico. Pico. Evelio Palomino Marín

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Según NC-ISO 2041

El DESPLAZAMIENTO es una cantidad vectorial, que describe el cambio de posició posición de un cuerpo o partí partícula con respecto a un sistema de referencia.

Evelio Palomino Marín

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Según NC-ISO 2041

La VELOCIDAD es un vector que especifica la derivada del desplazamiento en el tiempo.

La VELOCIDAD es un vector que refleja la variació variación del desplazamiento por unidad de tiempo. Evelio Palomino Marín

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7

Según NC-ISO 2041

Unidades según ISO 1000

La ACELERACIÓ ACELERACIÓN es un vector que especifica la derivada de la velocidad en el tiempo.

MAGNITUD UNIDADES Desplazamiento

La ACELERACIÓ ACELERACIÓN es un vector que refleja la variació variación de la velocidad por unidad de tiempo. Evelio Palomino Marín

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Velocidad

mm/s

Aceleración

m/s2

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Unidades según el Sistema Imperial

MAGNITUD UNIDADES Desplazamiento

mils

Velocidad

i.p.s.

Aceleración

G´s

µm

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El deciBell

Nació Nació en los Laboratorios Bell de la AT&T para cuantificar la transmisió transmisión de potencia en las telecomunicaciones

dB = 10 log10

P Pref

Alexander Graham Bell (1847-1922) Inventor de origen inglés Evelio Palomino Marín

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8

El deciBell

¿Por qué el cambio?

dB = 10 log10

Muy utilizado actualmente para cuantificar nivel sonoro y nivel de vibraciones

dB = 20 log10

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M M ref

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P =V × I Evelio Palomino Marín

¿Por qué el cambio?

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V2 dB = 10 log10 2 Vref

⎛ V dB = 10 log10 ⎜ ⎜ Vref ⎝

R Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

V2 P= R

¿Por qué el cambio?

V2 dB = 10 log10 R2 Vref

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P Pref

Evelio Palomino Marín

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

2

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9

¿Por qué el cambio?

¿Cómo adquirir los datos del evento dinámico? Instrumento Punto de medición

V dB = 20 log10 Vref

Energía Mecánica

¿?

El TRANSDUCTOR es un dispositivo diseñ diseñado para recibir energí energía de un sistema y suministrar energí energía -de igual o diferente naturalezanaturaleza- a otro sistema, de forma tal que a la salida del transductor aparezca la caracterí característica de interé interés de la energí energía de entrada.

M dB = 20 log10 M ref Evelio Palomino Marín

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Equivalentes

dB = 20 log10

|| dB = 20 log10 Evelio Palomino Marín

Energía Eléctrica Transductor

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Referencias según ISO R1683

V Vref

M A G N IT U D R E FE R E N C IA A ce le ra c ió n

1 0 -6 m /s 2

V e lo cid a d

1 0 -9 m /s

M M ref

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10

Un ejemplo

Referencias según ISO R1683

¿Cuá Cuál es el nivel de vibraciones que representa una lectura de 128 dB de Velocidad RMS, de acuerdo con la norma ISO R 1683?

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M A G N IT U D R E FE R E N C IA

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Un ejemplo

¿Cuá Cuál es el nivel de vibraciones que representa una lectura de 128 dB de Velocidad RMS, de acuerdo con la norma ISO R 1683?

128[dB ] = 20 log10 Evelio Palomino Marín

v 10−9 [m / s ]

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A ce le ra c ió n

1 0 -6 m /s 2

V e lo cid a d

1 0 -9 m /s

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Solución

El nivel de vibraciones que representa una lectura de 128 dB de Velocidad RMS, de acuerdo con la norma ISO R 1683 es de 2,51 mm/s mm/s RMS. RMS.

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11

Otro ejemplo

¿Cuá Cuál es el nivel de vibraciones que representa una lectura de 128 dB de Velocidad RMS relativos a 3x10-6 mm/s mm/s RMS? 128 dB re. 3x10-6 mm/s mm/s RMS

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Solución

128[dB ] = 20 log10

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Transductor

Pre amplificador

4.3 mm/s Filtro

3 × 10− 6 [mm / s ]

El nivel de vibraciones que representa una lectura de 128 dB de Velocidad RMS relativos a 3x10-6 mm/s mm/s RMS es de 7,53 mm/s mm/s RMS. RMS.

Elementos funcionales en un sistema de medición

Detector

v

Transductor

Sistema concebido para convertir una magnitud fí física en una señ señal de salida, susceptible de ser visualizada, monitorada y analizada.

Registrador Evelio Palomino Marín

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12

Los transductores

Los transductores son como ventanas

frecuencia

Espectro

Medido

amplitud

Son como ventanas, a travé través de las cuales só sólo se puede observar una porció porción del rango de frecuencias del espectro general.

Real

amplitud

Espectro

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Evelio Palomino Marín

frecuencia

Los transductores son como ventanas

Los transductores son como ventanas

Espectro

Espectro

Real

amplitud

amplitud

Real

frecuencia

frecuencia amplitud

Medido

amplitud

Espectro

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frecuencia

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Espectro Medido

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frecuencia

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13

El registro es bueno

Para que el registro sea bueno

Se deberá deberá tener en cuenta: Si refleja la condició condición real de la máquina.

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•

El tipo de má máquina.

•

La zona de colocació colocación del transductor.

•

La forma de fijació fijación del transductor

•

El o los pará parámetros que se desean medir y evaluar.

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Sensibilidad

Respuesta de frecuencias

Comportamiento de la sensibilidad del transductor en funció función de la variació variación de la frecuencia de la entrada.

Describe la salida elé eléctrica de un transductor, por unidad de variació variación de la magnitud mecá mecánica objeto de medició medición.

S=

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salida entrada

¿Dentro de qué rango de frecuencias se está midiendo correctamente?

S Î ¿Cuánto se está midiendo?

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14

Medición de vibraciones

Rotor

Vibración Absoluta del Eje

Vibración Relativa del Eje

Vibración Absoluta en Cojinete

Pedestales

Fundamento

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Tipos de transductores

De proximidad: proximidad No hacen contacto con la superficie de medición y generalmente cuantifican el movimiento relativo entre la superficie vibratoria y el transductor.

Sísmicos: Hacen contacto con la superficie de medición y cuantifican el movimiento absoluto de la superficie vibratoria en la cual se colocan.

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Transductores de proximidad

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Transductores de corrientes parásitas

• Capacitivos • Reluctancia variable • Corrientes pará parásitas

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15

Diseño

Transductores de corrientes parástitas

Tuercas de fijación Punta de cerámica

Demodulador Cuerpo Circuito acondicionador Transductor

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Principio de operación

Superficie vibratoria

Superficie vibratoria

Principio de operación

1.5 MHz

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1.5 MHz

~Sp-p

Demodulador

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Demodulador

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16

Aplicaciones

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Aplicaciones

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Medición de la órbita

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El Keyphasor®

Señ Señal de referencia de fase que tiene lugar una vez por vuelta. Es una marca registrada de la Compañí a Compañía Norteamericana Bently Nevada.

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17

Aplicaciones del Keyphasor®

Ploteo polar

0 -V

una vuelta

Y X

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Sensibilidad

eo

Factores que afectan la sensibilidad

Tensión eléctrica de salida

Sd = (4 a 8) mV/ mV/µm X = (250 a 2250) µ m

m Co

m rta po

to ien

l ea Lin

Sd =

∆eo ∆x

Distancia entre transductor y superficie de medición Evelio Palomino Marín

ƒ

Conductividad del material de la superficie vibratoria.

ƒ

Temperatura.

ƒ

Presencia de campos magnéticos.

ƒ

Acabado superficial.

X

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18

Limitaciones en el uso

Limitaciones en el uso

Vibraciones como objeto de medició medición en ejes o árboles recuperados por recubrimiento metá metálico.

Vibraciones en ejes o árboles como objeto de medició medición

El sistema no puede establecer diferencias entre los desplazamientos del eje o árbol debido a sus vibraciones y las irregularidades de la superficie, sobre todo cuando estas vibraciones sean de bajo nivel.

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Las variaciones en la permeabilidad magnética de la superficie de medición introducirá errores en los niveles registrados.

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Limitaciones en el uso

El movimiento sísmico A-B A B

Pueden ser empleados en la medició medición de desplazamiento de vibraciones cuyas frecuencias sean inferiores a 1000 Hz. Hz.

A

1

B≈0 Frecuencia de resonancia

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fsísmica

frecuencia

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19

El movimiento sísmico

Efecto piezo – eléctrico

A-B A

1

B≈0 Frecuencia de resonancia

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fsísmica

frecuencia

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Efecto piezo – eléctrico

Respuesta de frecuencias

Eo a

Fuerza

Sa → [mV/ mV/G´s] Carga eléctrica

Eo Sa

Fuerza

a

Zona de operación 70% V.C.

L D

7.9 mm/s @ 115O

MÚLTIPLES PLANOS

L D

1.8 mm/s @ 240O

D

2

DOS PLANOS

L Evelio Palomino Marín

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Equivalencia

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Unidades para expresar el desbalance

Fd

ω

ω r

md

Fd

e

md r = M e

CG M

M Fd=md ω2 r

Cantidad de desbalance Î

Fd=M ω2 e

md r = Ud

Segú Según el S.I. y la Norma ISO 1940 Ud se expresa en [g[g-mm]

md ω2 r = M ω2 e md r = M e Evelio Palomino Marín

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7

Sin embargo

Resulta adecuado

Por ejemplo: md = 2 [g]

Ud = 2 x 100 Ud = 200 [g-mm] ¿Resultará de igual severidad en un rotor de 100 kg de masa que en uno de media tonelada?

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Ud /M =

r = 100 [mm]

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Rotor de 100 kg

Ud/M =

2 ×100 100

Ud/M = 2 [g-mm/kg] Evelio Palomino Marín

Patrón espectral del desbalance de masa

md r M Rotor de 500 kg

Ud/M =

2 ×100 500

Ud/M = 0.4 [g-mm/kg] Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

Severidad del desbalance

Sólo debe ser empleado para evaluar la severidad de las vibraciones a la frecuencia de rotación.

1x

Se puede emplear para evaluar severidad del Desplazamiento P-P o Velocidad RMS

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8

Un ejemplo Evalúe el nivel de vibraciones del espectro mostrado empleando el Nomograma de Severidad del Desbalance.

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Un ejemplo Evalúe el nivel de vibraciones del espectro mostrado empleando el Nomograma de Severidad del Desbalance.

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Solución

129

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Otro ejemplo Evalúe el nivel de vibraciones del espectro mostrado empleando el Nomograma de Severidad del Desbalance.

Amplitud: 129 µm P-P Velocidad: 3591 r.p.m.

5.5 5.5mm/s mm/spp

MUY MAL

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9

Solución

Amplitud: 5.5 mm/s P Velocidad: ??? r.p.m.

Un defecto

El Desalineamiento en acoplamiento

5.5 x 0.707 = 3.88 3.88 mm/s RMS

LÍMITE Constituye la causa principal del 50% aproximadamente de los fallos que se presentan en la maquinaria industrial. Evelio Palomino Marín

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Una reflexión

El desalineamiento es un problema cuyo origen radica en la actividad de mantenimiento

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Objetivo de la alineación

Mantener el par de ejes acoplados perfectamente colineales durante la operació operación de la má máquina

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10

A tener en cuenta

Actúan contra la alineación

Los acoplamientos deberán haber sido elaborados con precisión y montados cuidadosamente, de manera tal que los errores por escurrimiento radial y axial así como los errores de paso, queden dentro de los límites permisibles

Diferencias de temperatura (operació (operación - ambiente). Tuberí Tuberías (alineació (alineación / soporte deficiente). Distorsion en la estructura soporte.

Las máquinas deberán ser alineadas con precisión, de manera tal que las líneas de centro de los ejes pertenezcan a una línea común Evelio Palomino Marín

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Deslizamientos en el hormigó hormigón. Otras. Evelio Palomino Marín

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Causas de fallos en las máquinas

Incidencias 60

50

40

30

Daño en acoplamiento Vibraciones

20

10

Ot ro s

co rre as

ció n

Otros

Po lea s-

Cavitación Ca vit a

Desgaste

nto s

De sg as te

Fle xió n

n

Sujeción

Ro da mi e

De sa li

Desbalance

Su jec ió

ne am ien to

0 De sb a la nc e

Desgaste en sellos

Daño en cojinetes Evelio Palomino Marín

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Causas

Errores en acoplamiento

Error de centrado

Error de cara

Errores en acoplamientos. Desviaciones de los ejes. Error de Paso

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Los 4 grados de libertad en el desalineamiento

Offset Vertical

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Desalineamiento. Efectos

Vibraciones Vibraciones

Angularidad Vertical

Deterioro Deteriorodel del rodamiento rodamiento

Offset Horizontal Evelio Palomino Marín

Desgaste Desgasteen en los lossellos sellos

Angularidad Horizontal Curso para Certificación NC/ISO 18436-2, Categoría I

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Desalineamiento. Incremento de carga en acoplamiento

Síntomas externos dependen de

Vista real

La velocidad.

Alineado

No Alineado

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Termogramas infrarrojos cortesía de Infraspection Institute®

Fotos infrarrojas de la radiación térmica

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El torque. torque.

La corrosió corrosión.

Otros factores que afecten la rigidez del acoplamiento.

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Cuantificación

OFFSET OFFSET

Patrón espectral

1x

GAP GAP

2x 3x

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Pero cuidado

Otra consideración

El nivel de vibraciones que se genera como resultado de ejes desalineados, no es una medida directa del desalineamiento, sino que es una medida de la capacidad que tiene el acoplamiento para absorber las desviaciones entre los ejes acoplados

En caso de desalineamientos severos, en el espectro pueden aparecer armó armónicas hasta de orden 10x Evelio Palomino Marín

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