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VIBRACIONES EN MAQUINARIAS.

Curso Vibraciones Mecánicas. Prof. José Luis. Méndez Orellana. Prof. Aquiles Laya Pereira.

ANALISIS DE VIBRACIONES Y MANTENIMIENTO PREDICTIVO Todos los equipos mecánicos en movimiento generan un perfil de vibraciones (Firma) que refleja su condición operativa. Este perfil no considera si el equipo posee movimiento rotativo, reciprocante o lineal. El análisis de vibraciones mecánicas es aplicable a todos los equipos mecánicos, considerando maquinaria rotativa a aquella que gira a velocidades superiores a 600 rpm. (No limitativo). Las técnicas de mantenimiento predictivo son ampliamente usadas para monitorear y analizar maquinas criticas, equipos y sistemas de una planta industrial típica. Estas técnicas incluyen análisis de vibraciones, ultrasonido, termografía, tribología, monitoreo de procesos, inspección visual, y otras técnicas de análisis no destructivos. De estas técnicas, el análisis de vibraciones es la técnica dominante usada en los programas de gerencia de mantenimiento El mantenimiento predictivo en maquinas rotativas tiene como sinónimo el monitoreo de vibraciones para detectar problemas que no han aflorado, con el fin de evitar fallas catastróficas. Sin embargo, el análisis de vibraciones no provee información sobre problemas en algunos equipos eléctricos, patologías asociadas a perdidas de calor o aislamiento térmico, condición de lubricantes u otros parámetros a evaluar en un programa típico de gerencia de mantenimiento. Por consiguiente, un programa adecuado de gerencia de mantenimiento predictivo debe incluir un conjunto de técnicas, cada una de las cuales esta diseñada para proveer información especifica sobre los componentes de una planta o sistema industrial. El uso del análisis de vibraciones no se restringe al mantenimiento predictivo de maquinaria, ya que se puede emplear como herramienta de diagnostico de fallas. Usada de manera apropiada, la información sobre perfiles de vibración puede permitir mantener condiciones óptimas de operación en procesos de manufactura, o en control de procesos industriales.

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EQUIPOS Y PROCESOS COMUNMENTE MONITOREADOS EMPLEANDO ANALISIS DE VIBRACIONES Y MANTENIMIENTO PREDICTIVO.

Es un hecho que los perfiles de vibración de las maquinarias en general pueden ser usados como una importante herramienta en mantenimiento predictivo. Sin embargo, la detección daños ocultos que pueden ocasionar fallas catastróficas es uno de los enfoques más relevantes del uso del análisis de vibraciones en la gerencia del mantenimiento. En la figura pueden verse algunos equipos en los cuales se emplea el análisis de vibraciones como herramienta para el mantenimiento predictivo.

Figura Nº 1. Equipos monitoreados mediante análisis de vibraciones. Fuente: Integrated Systems, Inc.

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PRUEBAS DE ACEPTACION El análisis de vibraciones provee un medio muy útil para evaluar desempeño actual versus parámetros de diseño de un nuevo equipo mecánico, de manufactura o de un proceso en general. Las pruebas de pre-aceptación en fábrica inmediatamente después de la puesta en funcionamiento de un equipo nuevo, permiten garantizar una óptima eficiencia, y un ciclo de vida ajustado a las especificaciones del fabricante. Con estos análisis pueden detectarse problemas en el diseño o daños producidos durante el traslado o la instalación antes de que se produzcan daños mayores que se reflejen en altos en el futuro. CONTROL DE CALIDAD La verificación de vibraciones en líneas de producción es un método muy efectivo para asegurar el control de calidad, especialmente donde estén presentes maquinas y herramientas. Estos chequeos pueden proveer advertencias sobre piezas antes de que están lleguen a lotes de rechazo de producción. En líneas de producción continua tales como maquinas papeleras, líneas de producción con acabados en superficies de acero o molinos de laminado, el análisis de vibraciones puede prevenir oscilaciones anormales que pueden resultar en perdidas de calidad en el producto final.

DETECCION DE PARTES FALTANTES Y/O INGRESO DE PARTICULAS EXTRAÑAS El análisis de vibraciones también es una herramienta útil en líneas de producción, ya que permite la localización de objetos extraños, o la determinación de piezas faltantes en los productos terminados. En la industria nuclear ha sido muy utilizada para el control de daños en equipos estáticos (Recipientes), siendo también muy popular en la industria química y petroquímica.

CONTROL DE RUIDO Existen muchas regulaciones gubernamentales sobre los máximos niveles de ruido en ambientes industriales y su entorno de afectación. El ruido debe ser controlado y aislado debido a los daños que causa a la salud. El control de vibraciones permite medir esos niveles de ruido y emitir alertas cuando se sobrepasan los máximos niveles permitidos.

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DETECCION DE FUGAS Las fugas en recipientes de procesos y dispositivos asociados pueden causar serios problemas, y deben ser evitados. Existe una variación del monitoreo de vibraciones que puede ser usado para detectar fugas y para aislar su fuente. Los sistemas de detección de fugas emplean un acelerómetro, el cual es fijado al exterior de la tubería de procesos. Esto permite captar un perfil de vibraciones que puede reflejar las frecuencias generadas por el flujo de la fuga, a fin de contener y controlar este efecto indeseado. ANALIZADORES PARA MOTORES DE AERONAVES Los datos de vibración forman parte critica del diseño de ingeniería de nuevas maquinas y sistemas de procesos. La data derivada de maquinaria existente similar a la que será diseñada puede ser extrapolada, para emplearla como punto de partida en el nuevo diseño. Pruebas en prototipos pueden formar parte de la base de datos a ser anexada a los documentos del nuevo diseño, siendo esta información muy útil para la evaluación y posterior operación y mantenimiento . REVISION DEL ANALISIS DE VIBRACIONES. PERFILES TEORICOS. Una vibración es un movimiento periódico que se repite un cierto intervalo de tiempo, ver figura 2. Este tiempo es definido como el periodo de vibración T:

X = X 0 * Sen(wt )…………………………………………………..Ecuación. (1) Para el caso de pequeñas oscilaciones de un péndulo simple:

Figura Nº 2. Amplitud de oscilación de un péndulo simple..

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PERFILES DE VIBRACION El proceso de análisis de vibraciones requiere de la recolección de data compleja de la maquinaria, la cual debe ser descifrada. A diferencia de la simplicidad del grafico anterior, el perfil de vibración de una parte de un equipo o sistema es extremadamente complejo. Esto es debido principalmente a que existen múltiples fuentes de vibración. Cada fuente posee su propia curva, la cual se suma a todas las demás curvas presentes, resultando en una curva compuesta. Estos perfiles pueden ser desplegados en dos diferentes formas según la manera en que se grafiquen: - Dominio en el tiempo. - Dominio en la frecuencia.

DOMINIO EN EL TIEMPO La data de vibración desplegada en amplitud versus tiempo se define como perfil de vibración de dominio en el tiempo. En la figura Nº 3 se muestra un ejemplo para una maquinaria industrial, en la puede observar la complejidad de la información.

Figura Nº 3. Amplitud de oscilación en base tiempo de una turbomáquina.

El científico Frances Jean Fourier demostró que la data de funciones no armónicas tales como los perfiles de vibraciones en el dominio del tiempo, son la suma matemática de funciones armónicas simples. En la figura Nº 4 la líneas punteadas representan los componentes armónicos del perfil, que sumados en su totalidad representan la curva No-armónica reflejada en la línea sólida.

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Figura Nº 4. Señal en base tiempo de una vibración compuesta.

DOMINIO EN LA FRECUENCIA Desde un punto de vista practico, las funciones de vibración de armónicos simples están relacionadas a las frecuencias circulares de rotación o de movimiento de cada componente. Sin embargo, estas frecuencias son múltiplos de la velocidad base de la maquinaria en conjunto, la cual es expresada en rpm. La data en dominio de la frecuencia es obtenida por la conversión de la data en dominio del tiempo usando una técnica matemática llamada Transformada Rápida de Fourier (FFT), la cual permite que cada espectro de cada componente de vibración de una un maquinaria compleja sea mostrado como un pico discreto en frecuencia. La amplitud del dominio en la frecuencia es el desplazamiento por unidad de tiempo relativo a una frecuencia particular, el cual es graficado en el eje Y, mientras que la frecuencia esta en el eje X. La data en dominio de la frecuencia es necesaria para equipos que operan con componentes que operan a diferentes velocidades, diferentes generalmente a la velocidad del componente principal de la maquinaria. En la figura Nº 5 se observa un espectro de frecuencia para una maquina de servicio industrial.

Figura Nº 5. Perfil típico de vibración en el dominio de la frecuencia.

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INTERPRETACION DE DATA DE VIBRACIONES La clave para usar análisis de perfiles de vibraciones para mantenimiento predictivo, diagnostico y otras aplicaciones es la habilidad para diferenciar entre perfiles de vibración Normales y Anormales. Muchas vibraciones son normales para una pieza de maquinaria en movimiento o rotación. Ejemplos de estos son las rotaciones normales de ejes u otros rotores, conexiones con rodamientos, engranajes, etc. Sin embargo, existen problemas específicos con vibraciones anormales identificables. Ejemplos de estos problemas son la perdida de tuercas, ejes desalineados, rodamientos dañados, fugas, y fatiga incipiente de metal.

USO DE LA TEORIA DE VIBRACIONES PARA DETECCION DE FALLAS EN MAQUINARIAS. El mantenimiento predictivo usando análisis de perfiles de vibraciones esta basado en los siguientes principios, los cuales forman las bases de los métodos usados para identificar y cuantificar las raíces de las fallas: 1. Todos los problemas de vibraciones y los modos de falla tienen diferentes componentes de vibración en frecuencia, los cuales pueden ser aislados e identificados individualmente. 2. Un perfil de vibraciones en dominio de frecuencia es usado generalmente para el análisis, porque es un paquete comprimido de picos discretos, cada uno de los cuales representa una fuente específica de vibración. 3. Existe una causa para cada componente en un perfil de vibración en frecuencia de un conjunto de maquinaria o tren de maquinaria. 4. Cuando el perfil de una maquina es comparado en el tiempo, este se repite en el tiempo con algunos pequeños cambios en los patrones de vibración (Amplitudes de cada componente de vibración pueden permanecer constantes mientras no exista un cambio en dinámica de operación de la maquinaria).

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ANALISIS DE FOURIER Recordemos que el análisis de Fourier es una forma de transformación de una onda en base tiempo en un espectro de amplitudes versus valores de frecuencias. El análisis de Fourier es algunas veces referido como un análisis espectral, y es obtenido a partir de la FFT, tal como puede verse en la figura Nº 6. Allí se observan las amplitudes para cada armónico de frecuencia.

Figura Nº 6. Picos de amplitud de vibración en el dominio de la frecuencia.

DATA EN EL DOMINIO DE LA FRECUENCIA Con el análisis en el dominio de la frecuencia puede obtenerse el espectro promedio de un perfil de vibraciones de un tren de maquinaria. Los picos recurrentes en el grafico son normalizados para representar aproximadamente la condición del tren de maquinaria. En las figuras 7 y 8 pueden verse las relaciones simplificadas entre el método del dominio en el tiempo y el dominio en la frecuencia.

Figura Nº 7. Representación de los armónicos y los espectros de frecuencia.

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Figura Nº 8. Representación de los armónicos y los espectros de frecuencia. Se consideran los dominios del tiempo y de la frecuencia, y la suma de armónicos simples

La teoría matemática muestra que cualquier función periódica en el tiempo f(t), puede ser representada como una serie de funciones seno con frecuencias w, 2w, 3w, 4w, etc. La función f(t) es representada por la ecuación 2, la cual es referida como una serie de Fourier: f (t ) = A0 + A1Sen(wt + φ 1) + A2 Sen(wt + φ 2 ) + A3 Sen(wt + φ 3 ) + A4 Sen(wt + φ……Ecuación 4) (2).

DESPLAZAMIENTO EN VIBRACIONES. La distancia que se desplaza una parte de un cuerpo por efecto del movimiento vibratorio, de un punto limite al otro se denomina desplazamiento “Pico Pico”, (“peak to peak”). El desplazamiento es algunas veces referido únicamente como “peak” (ISO 2372), el cual es la mitad de “peak-peak”.

En S.I se mide en microns. (1/1000 milímetros). En unidades imperiales se mide en mils (1/1000 pulgadas).

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VELOCIDAD DE VIBRACIÓN (PEAK) Como existe una masa vibratoria, la velocidad cambia desde cero hasta el tope antes de cambiar de dirección, y es máxima cuando la masa pasa por la posición neutral, tal como se ilustra en la figura Nº 9. La máxima velocidad es llamada Velocidad Pico de Vibración. (Velocity Peak). Las unidades comúnmente utilizadas son mm/s-pk o pulgadas/s-pk (ips-pk).

Figura Nº 9. Representación de la masa vibratoria en su desplazamiento.

VELOCIDAD DE VIBRACIÓN (R.M.S) La ISO estableció a nivel internacional como aceptable para medición de velocidad la Root Mean Square como la unidad estándar, esto debido a que es esta una escala de la energía contenida en la señal vibratoria, mientras que la velocidad pico es una medida de la intensidad de la vibración. Una alta velocidad r.m.s es generalmente más perniciosa que una magnitud similar de velocidad pico. En la figura Nº 10 se observan el desplazamiento y los dos diferentes conceptos de velocidad.

Figura Nº 10. Representación del desplazamiento y la velocidad.

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ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN. En el caso de la definición de la velocidad de vibración, se indico que esta velocidad es cero cuando la masa llega al final de cada recorrido. Cada vez que esto ocurre, es necesario que la masa experimente una aceleración a fin de incrementar la velocidad para realizar el recorrido en dirección opuesta. De esta forma se define a la aceleración como el cambio en la velocidad en función del tiempo.

Desplazamiento, Velocidad o Aceleración… ¿Cuál de estas variables debemos usar?

DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD O ACELERACIÓN. El desplazamiento, la velocidad y la aceleración son características del movimiento vibratorio, y permiten determinar la severidad de la vibración, y son algunas veces llamadas amplitud de la vibración. En términos de la operación de la maquina, la amplitud de la vibración es el primer indicador sobre una buena o mala condición de la maquina o equipo. Generalmente grandes amplitudes de vibración corresponden a grandes defectos en la maquinaria. Ya que la amplitud de vibración puede ser desplazamiento, velocidad o aceleración, la pregunta obvia es; ¿Cuál de esos parámetros debemos usar para monitorear la maquinaria? La relación entre aceleración, velocidad y desplazamiento con respecto a la amplitud de vibración y la salud de la maquinaria redefine las técnicas de medición y análisis de los datos. Un movimiento bajo 10 Hz (600 c.p.m) produce muy poca vibración en términos de aceleración, vibración moderada en términos de velocidad y relativamente grandes vibraciones en términos de desplazamiento. En este caso el desplazamiento es usado como variable.

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LÍMITES Y ESTÁNDARES DE VIBRACIÓN. ISO 2372 Como se indico antes, la amplitud, velocidad o aceleración son los parámetros con los cuales se mide la severidad de vibración de una maquina. Para resolver el dilema de cual de estos valores deben considerarse que el objeto principal del monitoreo de vibraciones es determinar las fallas o defectos en etapa incipiente, antes de que estas fallas se hagan catastróficas. El ISO 2372 es el estándar mas ampliamente usado como indicador de severidad de vibración, y puede ser usado para determinar niveles aceptables de vibración para varias clases de maquinas. Esta normativa exige primero clasificar el tipo de maquinaria. Leyendo en la carta es posible relacionar la severidad de la condición de la maquina con su vibración Las letras A, B, C y D permiten clasificar la severidad.

Figura Nº 11. Carta de severidad. ISO 2372.

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TIPOS DE MAQUINAS SEGÚN ISO 2372. Clase I: Partes individuales de maquinas conectadas integralmente con otra maquina en condición de operación normal. (Ejemplo: Motores eléctricos de producción hasta 15 KW). Clase II: Maquinas medianas: (Motores eléctricos con 15 – 75 KW de salida) sin fundaciones especiales, motores sobre bases rígidas o maquinas (De mas de 300KW) en fundaciones especiales. Clase III: Transportadores grandes, o maquinas grandes con masa en rotación montadas sobre fundaciones rígidas y pesadas, con poco movimiento en la dirección de la vibración. Clase IV: Transportadores y grandes maquinas con masas de rotación sobre fundaciones, con poca restricción en la dirección de la vibración (Turbogeneradores, especialmente aquellos con subestructuras ligeras).

INSTITUTO AMERICANO DEL PETROLEO (API). El instituto americano del petróleo tiene un grupo de especificaciones para turbomáquinas usadas en la industria del petróleo. Algunas de estas especificaciones incluyen las normas API-610, API-611, API-613, API-616 y API-617. Estas normas indican tanto especificaciones de diseño, instalación, rendimiento y soporte como especificaciones para control de calidad en balance y dinámica de rotores, así como tolerancias de vibración. Las normas API especifican que el máximo desplazamiento en vibración de un eje medido en Mills (Mili-pulgadas 0 0.001 pulg. = 0.00254 mm) pico-pico (Peak-peak) no debe ser mayor que 2.0 mills, o (12000/N)1/2, donde N es la velocidad de la maquina. Debe considerarse el menor de ambos valores. En la figura Nº 12 se observa la tabla de máxima vibración para bombas en la carcaza de la maquina, y en la figura Nº 13 el eje.

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Figura Nº 12. Vibración máxima en carcaza para bombas según especificaciones API.

Figura Nº 13. Vibración máxima en el eje para bombas según especificaciones API.

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ANALISIS DE VIBRACIONES Y MANTENIMIENTO MECANICO. La evolución del mantenimiento y los nuevos instrumentos de medición, sumados a los conceptos actuales de mantenimientos correctivos y preventivos para asegurar disponibilidad, la confiabilidad y el mantenimiento basado en aseguramiento de la calidad del mantenimiento, dan una nueva dimensión al análisis de vibraciones en maquinaria. La importancia de su ejecución, y el énfasis en su correcta aplicación dan aun más relevancia a todos los aspectos del tema. En la figura Nº 14 se observa un motor acoplado a un rotor, el cual debe ir acompañado en su rutina de mantenimiento de su espectro de frecuencia respectivo, el cual da una “identidad” a este sistema mecánico en particular, y que debe ser la regla para las maquinarias que deben ser sometidas a rutinas de mantenimiento predictivo.

Figura Nº 14. Motor acoplado a generador con su respectivo espectro de frecuencia.

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ANALISIS DE VIBRACIONES Y MANTENIMIENTO MECANICO. GLOSARIO DE TERMINOS. •

Acelerómetro: Sensor y transductor cuya entrada es la amplitud de aceleración y tiene una salida de voltaje.

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Alineación: Posición en la cual las líneas centro de dos ejes deben ser los mas colineales posible, durante el tiempo de operación normal de la maquina.

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Amplitud: Máximo valor que presenta una onda sinusoidal.

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Análisis Espectral: Interpretación física del espectro de frecuencia.

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Armónico: Son frecuencias de vibración que son múltiples integrales de una frecuencia fundamental especifica.

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Armónico Fraccionario: Armónicos que se encuentran entre los armónicos principales y son fracciones de la frecuencia fundamental

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Axial: Posición del sensor que va en el sentido de la línea del eje.

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Balanceo: Procedimiento para hacer coincidir el centro de masa de un rotor con su centro de rotación, a fin de eliminar el mayor numero de fuerzas inerciales.

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Entrehierro: Espacio entre el estator y el rotor de un motor eléctrico.

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Dominio de la frecuencia: Representación grafica de la vibración en función de amplitud versus frecuencia.

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Dominio del tiempo: Representación grafica de la vibración de amplitud vs. tiempo.

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Excentricidad: Variación del centro de rotación del eje con respecto al centro geométrico del rotor.

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Fase: Retardo en el tiempo de dos señales, expresado en grados de rotación.

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Frecuencia: Es el reciproco del periodo y significa numero de oscilaciones completas por unidad de tiempo.

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Rotor flexible: Son rotores que giran muy cerca de o por encima de su primera velocidad critica. Por sus condiciones de operación presentan una deformación significativa.

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Rotor rígido: Rotor que no se deforma significativamente cuando opera a su velocidad nominal.

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Ruido: Información de la señal que no tiene importancia. Contaminación en la medida.

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Decibel: Unidad logarítmica de amplitud de medida

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Ruido de piso o blanco: Es el limite mas bajo de sensibilidad de un instrumento de medición electrónico expresado en micro – voltios.

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Subarmónicos: Son frecuencias que se encuentran a una fracción fija de una frecuencia fundamental, como la velocidad nominal de la maquina.

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Velocidad nominal: Velocidad de entrada de una maquina.

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Vertical: Posición que se le da al sensor, que va en el sentido de la aceleración de la gravedad.

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Vibración aleatoria: Frecuencias que no cumplen con patrones especiales que se repiten.

FRECUENCIA NATURAL Y RESONANCIA La frecuencia natural depende de las características estructurales de la maquina, tales como su masa, su rigidez y su amortiguación, incluyendo los soportes y tuberías adjuntas a ella. La resonancia se detecta cuando la amplitud de vibración de la maquina se incrementa enormemente causando prejuicios que a corto o mediano plazo pueden llegar a ser catastróficos. En la figura Nº 15 se observa la acción de la resonancia de un motor sobre un soporte flexible.

Figura Nº 15. Motor que gira a velocidad de resonancia.

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ANALISIS ESPECTRAL.

Este análisis comprende todos los estudios de deducción y conclusiones asociados al análisis de un espectro de una maquinaria en su conjunto. Generalmente se inicia con la obtención de la frecuencia fundamental o velocidad nominal de la maquina principal, la cual se denomina 1X como base de multiplicación para el resto de las frecuencias de los armónicos presentes. En la figura Nº 16 se observa un motor que gira a 57 revoluciones por segundo (RPS) acoplado a un rotor que gira a 19 RPS. Ambas velocidades están reflejadas en el espectro, con sus respectivas amplitudes.

Figura Nº 16. Motor acoplado a rotor con su respectivo espectro de frecuencia.

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PATOLOGIAS BASICAS. 1. Desbalanceo Estático. Este desbalance es producido generalmente por desgaste radial superficial no uniforme en rotores en los cuales su largo es despreciable en comparación con su diámetro. El espectro presenta vibración dominante con una frecuencia igual a 1 X RPS del rotor. Es recomendable para corregir la falla balancear el rotor en un solo plano (En el centro de gravedad del rotor) con la masa adecuada. En la figura Nº 17 se observa el espectro y la forma como deben medirse las amplitudes de vibración. Este desbalance es producido generalmente por desgaste radial superficial no uniforme en rotores en los cuales su largo es despreciable en comparación con su diámetro. El espectro presenta vibración dominante con una frecuencia igual a 1 X RPS del rotor. Es recomendable para corregir la falla balancear el rotor en un solo plano (En el centro de gravedad del rotor) con la masa adecuada.

Figura Nº 17. Motor acoplado a rotor con desbalanceo.

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1b.Desbalanceo Dinámico.

Figura Nº 18. Motor acoplado a rotor con desbalanceo dinámico.

Este desbalanceo ocurre en rotores medianos y largos. Es debido principalmente a desgastes radiales y axiales simultáneos en la superficie del rotor. El espectro presenta vibración dominante y vaivén a frecuencia igual a 1 X RPS del rotor, tal como se observa en la figura Nº 18. Se recomienda para corregir la falla balancear el rotor en dos planos con las masas adecuados y en las posiciones angulares calculadas con un equipo de balanceo dinámico. Rotor Colgante: Ocurre en rotores que se encuentran en el extremo de un eje. Es producido por desgaste en la superficie del rotor y doblamiento del eje. Para corregir esta falla debe verificarse que el rotor no tenga excentricidad ni que este doblado.

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2. Desalineación Angular.

Ocurre cuando el eje del motor y el eje conducido unidos en el acople, no son paralelos. Caracterizado por altas vibraciones axiales. 1X RPS y 2 RPS son las más comunes, con desfase de 180 grados a través del acople. También se presenta 3X RPS. Estos síntomas indican problemas en el acople. En la figura Nº 19 se ilustra esta patología.

Figura Nº 19. Motor acoplado a rotor con desalineación.

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2. Desalineación Paralela. Los ejes del motor y del rotor conducido están paralelos, pero no son colineales. Se pueden detectar altas vibraciones a 1X RPS predominante, y a 1X RPS, con desfase de 180 grados a través del acople. Cuando aumenta la severidad, genera picos en armónicos superiores (4X, 8X), ver figura 20. Entre chumaceras: En una maquina con transmisión de poleas, la mala posición de las chumaceras puede evitar que el eje se acomode correctamente, lo cual genera vibraciones anormales en sentido axial y radial. Excitación del pico representativo de la velocidad (1X RPS), especialmente en sentido axial.

Debe verificarse que las

chumaceras queden completamente paralelas.

Figura Nº 20. Motor acoplado a rotor con desalineación paralela.

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3. HOLGURA MECANICA EJE – AGUJERO.

Holgura Eje – Agujero: Aflojamiento de manguitos, tolerancias de manufactura inadecuadas (Con juego), y holgura entre el impulsor y su eje en bombas. Causa un truncamiento en la forma de onda en el dominio del tiempo. La falla genera múltiples armónicos y Subarmónicos de 1X RPS, destacándose los armónicos fraccionarios ½ X , 1/3X, 1.5X, 2.5X,.. Frecuentemente la fase es inestable y el nivel máximo tiende a una dirección notable realizando lecturas radiales espaciadas 30 grados entre si. Es recomendable verificar la colocación de los manguitos y los juegos eje-agujero cercanos al punto de medición, igualmente los ajustes de rotor eje, ver figura 21.

Figura Nº 21. Holgura eje- agujero.

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4. SOLTURA ESTRUCTURAL Soltura estructural: Ablandamiento o desplazamiento del pie de la maquina, por holgura en los pernos de la base o por deterioro de los componentes de la sujeción. El espectro presenta vibración a 1X RPS en la base de la maquina con desfase a 180 grados entre los elementos sujetados en el anclaje, tal como se ilustra en la figura 22. Altamente direccional en la dirección de la sujeción. Se recomienda primero revisar el estado de fatiga del pie de maquina (Rajaduras, corrosión). Luego debe verificarse el estado de los sujetadores y por ultimo el estado de la cimentación

Figura Nº 22. Soltura estructural.

5. EXCENTRICIDAD. Rotor excéntrico: Falla fácilmente confundible con desbalanceo. Ocurre cuando el centro de rotación no coincide con el centro geométrico en una polea o engranaje. La mayor vibración ocurre a 1 X RPS del elemento con excentricidad, en dirección de la línea que cruza por los centros de los rotores, ver figura 23. Para corregir la falla, el rotor debe ser reensamblado o reemplazado. (Tratar de balancear el rotor excéntrico resulta en una disminución del nivel de vibración en una dirección, y un aumento considerable en la otra).

Figura Nº 23. Excentricidad.

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6. ROTOR O EJE PANDEADO Pandeo: Mas común en ejes largos. Se produce por esfuerzos excesivos en el eje. Genera vibración AXIAL alta con diferencia de fase de 180 grados medida en los dos soportes del rotor. La vibración predominante es de 1 X RPS si el pandeo esta cercano al centro del eje, y es de 2X RPS si el pandeo esta cerca del rodamiento. En la figura 24 se ilustra esta patología.

Figura Nº 24. Rotor o eje pandeado.

7. RESONANCIAS Y PULSACIONES. Resonancia: Ocurre cuando la velocidad de una fuerza conducida iguala la frecuencia natural de una estructura o de una parte de ella. Puede causar dramáticas amplificaciones de la amplitud lo que puede terminar en fallas prematuras y posiblemente catastróficas. Presenta un cambio de fase de 90º por resonancia y 180º cuando lo sobrepasa, ver figura 25.

Figura Nº 25. Resonancia.

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Pulsaciones: Sucede cuando una fuente de vibración interfiere con otra. Generalmente se produce por dos maquinas cercanas que trabajan casi a la misma velocidad. El espectro muestra dos picos con frecuencias similares. La diferencia de estas da como resultado una pulsación, la cual esta ilustrada en la figura 26.

Figura Nº 26. Pulsaciones.

8. FALLAS EN ENGRANAJES Estado Normal: Espectro característico de un engranaje en estado normal (Esta no es una patología, ver figura 27). Espectro característico del engrane: El espectro mostrara armónicos 1X y 2X RPS del piñón conductor y de la rueda conducida. Adicionalmente mostrara bandas laterales alrededor de la frecuencia de engrane (Gear Mesh Frecuency). El engrane se encuentra en buen estado si estos picos de vibración se encuentran en niveles relativamente bajos.

Figura Nº 27. Espectro para un engranaje en funcionamiento normal.

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Desgaste en diente: Ocurre por operación mas allá del tiempo de vida del engranaje, contaminación de la grasa lubricante, elementos extraños circulando en la caja del engrane o montaje erróneo. Su espectro se caracteriza por la aparición de bandeamiento lateral alrededor de la frecuencia natural de vibración del engrane defectuoso. El espaciamiento de las bandas laterales es 1X RPS del engrane defectuoso. Si el desgaste es avanzado, hay sobre excitación de la GMF, ver figuras 28 y 29.

Figura Nº 28. Espectro para un engranaje con desgaste.

Figura Nº 29. Diagrama de engranaje con desgaste.

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Sobrecarga en engrane: Todos los dientes están sobrecargados. La amplitud de la GMF es altamente excitada. Debe buscarse algún elemento aumentador de torque. En la figura 30 se ilustra este caso.

Figura Nº 30. Engranaje con sobrecarga.

Excentricidad: Ocurre cuando el centro de simetría no coincide con el centro de rotación. Este efecto se produce cuando, al terminar el contacto entre dos dientes, los dos siguientes no entran inmediatamente en contacto. En la figura 31 esta esquematizada esta patología.

Figura Nº 31. Engranajes excéntricos.

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9. FLUJO DE LIQUIDOS Frecuencia de Aspas: Frecuencia a la cual, cada aspa pasa por un punto de la carcaza. Producida por obstrucciones, cambios abruptos de direcciones o desgastes de juntas. La BPF (Frecuencia de paso de aspas) es excitada en sus primeros dos armónicos con bandeamientos laterales. La BPF es igual al número de aspas por frecuencia. La BPF algunas veces coincide con la frecuencia natural lo cual causa altas vibraciones, ver figura 32.

Figura Nº 32. Vibración por frecuencia de aspas.

Cavitación: Es la entrada de aire o vaporización de un fluido dentro de la bomba. Ocurre cuando la presión del fluido es menor que la presión de vapor a esta temperatura. La cavitación causara erosión a las partes internas de la bomba. El espectro muestra una vibración caótica que se presenta a altas frecuencias (Del orden de 2000 Hz). En la figura 33 se observa claramente el espectro indicativo de esta condición.

Figura Nº 33. Vibración por cavitación.

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