Eshleman Vibraciones Basicas de Maquinaria

Vibraciones BLicas de Mriquinas Una Introducci6n a Miiquina de Verificacibn, Ansilisis, y Monitoreo

Author: Ronald L. Eshleman, Ph.D., P.E. Director, Vibration Institute Editor: Judith Nagle-Eshleman, Ph.D. Secretary-Treasurer,Vibration Institute Spanish Translation: Ing. Ciro Martinez Trinidad'

VIPress, Incorporated

Clarendon Hills, Illinois 60514

Eshleman, Ronald L. Basic Machinery Vibrations: An Introduction to Machine Testing, Analysis, and MonitoringIRonald L. Eshleman p. cm VIPress, Inc. Includes bibliographical references and index ISBN 0-9669500- 1-1 1. Machinery - Monitoring 2, Machinery - Analysis I. Title O 2002

VIPress, Incorporated, Clarendon Hills, IL 605 14

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Tabla 4.1. TCcnicas de Diagn6stico para MBquinas Rotativas. TCcnica

Us0

Descripci6n

Instrumentos

Anilisis de forma de onda

Modulacibn, impulsos, cortes de ondas

Amplitud vs. Tiempo

Osciloscopio Anilogo y digital, Analizador FFT

Andlisis de 6rbitas

Movimiento del eje, torbellino de aceite (Oil Whirling), inestabilidad de cojinetes.

Desplazarniento relativo del rotor

Osciloscopio digital con filtro vectorial

Andlisis de fases

Relaci6n entre la fuerza y el Tiempo relativo entre las movirniento, relaci6n entre seiiales de la fuerza y la vibraci6n o entre dos o la vibraci6n y el mis seiiales vibracionales desplazamiento

Luz estrobosc6pica, Osciloscopio An6logo y digital, Analizador FFT

Anilisis de espectros

Fmuencias, frecuencias naturals, bandas vsinas, impulsos, subarm6nicas, surna y resta de frecuencias

Amplitud vs. Frecuencia Analizador FFT, Colector de datos digital

El aniilisis Espectral. Un espectro puede ser analizado ripidarnente con el siguiente procedimiento: Identificar la velocidad de operacidn y sus arm6nicas (6rdenes). Los datos se pueden presentar en formatos de frecuencias o de 6rdenes (ver figura 4.1). Identificar las frecuencias dorninantes que son mtiltiplos de la velocidad de operacibn, incluir las frecuencias de paso de alabe, electromagnCticas y de frecuencias de engrane (ver figura 4.2). Identificar las frecuencias no sincrdnicas y sus mtiltiplos, tales como; frecuencias de fallas de rodarnientos (ver figura 4.3). Identificar las frecuencias de pulsaci6n, dos componentes de frecuencia cercanas una de otra; sus amplitudes se suman y se restan durante un ciclo de pulsaci6n (ver figura 4.4). Identificar las frecuencias que no dependen directamente de la velocidad de operaci6n; tales como las frecuencias naturales o frecuencias de vibraci6n de maquinas vecinas (ver figura 4.5). Identificar las bandas vecinas (ver figura 4.6) eso se relaciona a un componente de baja frecuencia de vibraci6n que rnodula (10s carnbios) la amplitud de una vibracidn de alta frecuencia. Las bandas vecinas son componentes de frecuencia que aparecen en el espectro a d e d s de una frecuencia dominante tal como la frecuencia de engrane. La modificaci6n de la vibraci6n de la frecuencia de engrane una caja de engranajes por desgaste desigual (ver.figura 4.6) es un ejemplo bueno. Una banda vecina identifica la posici6n de la falla si la frecuencia se empareja con la velocidad de un componente de la mdquina.

Las bombas son forzadas a operar en flujos drlsticamente reducidos que refuerzan la presi6n en uno de 10s lados del rotor, entonces en el otro lado existe recirculaci6n. El resultado es lenta oscilaci6n axial, fuerzas y vibraci6n (ver figura 4.33) que pueden causar una rlpida falla de 10s cojinetes antifricci6n que no estln disefiados para soportar una carga axial extra. Todos las bombas con descarga axial del rotor, deberia ser examinado para deterrninar si estln operando contra excesiva contrapresi6n. Casos histbricos de cavitacibn. La bomba en este caso estaba operando contra una insuficiente contrapresi6n [4.4]. El resultado es que la bomba operaba en una condici6n de funcionamiento con el fluido cavitando. Durante el monitoreo inicial de las vibraciones, se descubrieron niveles de vibraci6n altos en las bombas de agua circulantes para uso general. Se detectaron altos niveles en las direcci6n horizontal del cojinete interior del motor y en la direcci6n axial de cojinete exterior del motor. El espectro de un ancho de banda amplio contiene frecuencias identificables como no meclnicas. Un espectro de niveles de vibraci6n en el cojinete exterior del motor es mostrado en la figura 4.34. Se descubrid que algunas de las bombas estaban operando contra solamente diez pies de contrapresi6n. Una copia de la curva de flujo versus cabeza de la bomba fue obtenida. La capacidad de disefio de la bomba era de 156,000 gpm a 38 pies de cabeza. La curva de flujo versus cabeza terminaba a 15 pies de contrapresibn, indicando que el funcionamiento con solamente diez pies de contrapresi6n ni siquiera no habian sido considerados por el fabricante. Un flujo estimado de 200,000 gpm fue obtenido proyectando la curva de Curva de flujo versus cabeza de la bomba a diez-pies de presi6n de descarga. Para verificar esta condici6n, se cerraron parcialmente las vllvulas de descarga hacia el condensador para aumentar la contrapresi6n a un nivel cercano a1 punto de diseiio. Cuando las vllvulas se cerraron parcialmente, la vibraci6n disminuyd a un nivel aceptable. Una bomba de agua circulante fue quitada para ser reparada, se encontrd que tenia serios daiios en la campana de succi6n. Se concluy6 que el daiio era el resultado de la cavitaci6n. Para verificar la teoria de cavitacidn se instal6 una clmara en la campana de succi6n de la bomba para determinar si la cavitaci6n estaba ocumendo. El resultado dej6 una pequeiia duda de, que la cavitaci6n fuera el problema. El cierre parcial de la vllvula de descarga hacia el condensador dramaticamente redujo la cavitaci6n. La baja descarga fue causada cuando s610 una bomba operaba en lugar de dos. Esta condici6n ocum'a cuando la temperatura del agua de enfriamiento era suficientemente baja para que una bomba pudiera proporcionar suficiente agua a1 condensador para satisfacer 10s requerimientos de contrapresi6n de la turbina. Desafortunadamente, la dnica bomba en operaci6n experimentaba cavitaci6n.

que sea termalmente estable antes de cortar la energia para la toma de datos durante la parada. Procesar 10s datos e identificar las velocidades criticas. Dependiendo del grdfico habrh picos en el espectro de un analizador de FFT (Figura 6.7), picos en el diagrama de Bod6 por un filtro de rastreo (Figura 6.8) o vueltas en un diagrarna 100 200

=

-

polar por un filtro de rastreo (Figura 6.9). Puede verse que la frecuencia natural a la velocidad de operaci6n no es necesariamente la frecuencia natural medida durante la prueba de

% 3 0 *

%

..

arranque o parada. Un diagrama de interferencia (ver Figura 6.4) es 6til para

In 2 -

visualizar las frecuencias naturales de una mdquina a otras velocidades que las velocidades criticas.

-s

Usando un Colector / analizador d e

P

datos FFT. La caracteristica de retenci6n de 1

RPM x

L

3

2

Speed

10-

pico de un colector analizador de datos puede ser usados para proporcionar datos en las

Figura 6.8. Diagrama de Bod6 una Prueba de Parada.

velocidades criticas. Sin embargo, el rango de frecuencia seleccionado debe ser

suficientemente alto para rastrear la parada. La retencidn de pico, retiene y muestra 10s valores pic0 de todos 10s datos despu6s que cada espectro es computado. El tiempo de adquisici6n del bloque de datos analizado es dependiente del rango de frecuencia seleccionado. Para rnds bajos rangos de frecuencias, rnds largo serd el tiempo de adquisicibn. La ecuaci6n del tiempo de adquisici6n Ts, es:

Ts= NFmx N es el n6mero de lineas; FAxes el rango de frecuencias del analizador. El tiempo de adquisici6n puede disrninuirse reduciendo las lineas de resoluci6n. AdemBs, con el uso del procesamiento del traslape tambiCn se reduce tiempo de adquisici6n de datos. Con el procesamiento del traslape, un porcentaje de datos de la muestra anterior es usado para el calculo del espectro presente. En las pruebas de parada de la mdquina, el proceso de computo del FFT es siempre mds rdpido que la adquisici6n de 10s datos. Si un analizador esta calibrado en 400 lineas en un rango de frecuencia de 100 Hz (6,000 CPM), cuatro segundos (4001100) se necesitan para adquirir una muestra. Porque muchas muestras son necesarias para