Vibraciones Bueno

 

 

Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniería Escuela de Ingeniería Naval

“MEDICION Y ANALISIS DE VIBRACIONES EN EL SISTEMA PROPULSIVO NAVAL”.

TESIS PARA OPTAR AL TITULO DE: INGENIERO NAVAL MENCION: ARQUITECTURA NAVAL

PROFESOR PATROCINANTE Sr. Héctor Legue L. Ing. Civil Mecánico

M.Sc. Ing. Oceánica

BRENDA LUCY OJEDA VERA -2010-

 

2

Índice RESUMEN

5

SUMMARY

6

INTRODUCCION

7

CAPITULO I: FUNDAMENTOS TECNICOS DE VIBRACIONES.

8

1.1 Movimiento Armónico. 1.2 Que es una vibración?

8 9

1.2.1 Tipos de Vibraciones:

9

Vibración libre, Vibración forzada, Vibración simple, Vibración Aleatoria. 1.3 Definición de Amplitud y formas de medición.

10

1.3.1 Amplitud

10

1.3.2 Formas de Medición.

10

1.3.3 Frecuencia de Movimiento Oscilatori Oscilatorio. o.

10

1.4 Fuentes que pueden originar Vibraciones.

11

1.4.1 Excitaciones debidas a la acción de la Hélice

12

1.4.2 Excitaciones debidas al Funcionamiento del Motor. 1.5 Concepto de Criticidad.

12 12

1.6 Métodos de transformaci transformación ón de la señal.

13

1.6.1 Transform Transformada ada Fourier. 1.7 Señales en el dominio del tiempo

13 14

1.7.1 Señales Estacionarias.

14

1.7.2 Señales Deterministas.

14

1.7.3 Señales Periódicas.

14

1.7.4 Señales Casi-periódic Casi-periódicas. as.

14

1.7.5 Señales Aleatorias.

15

1.7.6 Señales No- estacionari estacionarias. as.

15

1.7.7 Señales Transientes.

15

CAPITULO II: REGLAMENTACION Y NORMAS RESPECTO DE VIBRACIONES EN BUQUES.

2.1 ISO 6954: ”Vibraciones Mecánicas: directrices para la medición, reporte y evaluación de habitabilidad para barcos de pasajeros y mercantes”

16

2.2 ISO 2372: “Guía 2372: “Guía para la aceptación de la Amplitud de Vibración”

16

2.3 ISO 4867: “Código 4867: “Código para la ejecución de mediciones vibracionales a bordo de buques y presentación de resultados”

17

2.4 ISO 10816:” 10816:” Evaluación de Vibración de Máquinas y Medición en Partes NoRotativas”

19

 

3 2.4.1 Procedimiento de Medición y condiciones de operación.

20

2.4.2 Puntos de Medición.

20

2.4.3 Clasificac Clasificación ión de Máquinas.

21

2.4.4 Evaluación. Criterios de evaluación I y II.

22 25

CAPITULO III: MEDICION Y ANALISIS DE VIBRACIONES EN PRUEBA DE MAR.

3.1 Preparativos de la Medición.

25

3.2 Sentido de orientación de las Mediciones.

27

3.3 Aplicación de las Normas.

28

3.4 Norma ISO 4867.

28

3.5 Descripción de lugares a medir.

29

3.5.1 Espejo.

29

3.5.2 Sala de Máquinas.

29

3.5.3 Mamparos de Sala de Maquinas; Proa y Popa.

29

3.6 Norma ISO 10816, parte 3.

33

3.6.1 Lectura de los resultados obtenidos en la Medición.

33

3.6.2 Resultados de la Sala de Máquinas Babor.

33

3.6.3 Resultados de la Sala de Máquinas Estribor.

33

3.6.4 Resultados de la Medición en el Espejo.

35

3.7 Evaluación de los resultados obtenidos. 3.7.1 Valores RMS.

36 36

I)

Sala de Máquinas Lado Babor.

36

II)

Sala de Máquinas Lado Estribor.

37

III) Espejo. 3.8 Análisis Obtenidos

38 38

CONCLUSIONES

41

Bibliografía

43

Anexo I: Acelerómetro.

44

Anexo II: Medidor de Vibraciones.

46

Anexo III: Certifica Certificado do de Calibracion.

48

Anexo IV: Espectros.

49

Anexo V: Normativa Referente. Anexo VI: Tablas de Diagnostico.

57 58

 

4 ndice de Fotos Foto 1: Lancha en Pruebas de Mar.

27

Foto 2: Fundamento del Motor.

31

Foto 3: Ubicación del transductor en Sentido Vertical.

31

Foto 4: Medición Vertical en fundamentos del Motor Babor

38

Índice de Tablas Tabla 1: Matriz de Criticidad.

13

Tabla 2: Valores de aceptación según normas.

17

Tabla 3: Grupo 1.

22

Tabla 4: Grupo 2.

22

Tabla 5: Grupo 3.

24

Tabla 6: Grupo 4.

24

Tabla 7: Protocolo de información de la embarcación.

26

Tabla 8: Valores Peack obtenidos en el rango de Medición

33

Tabla 9: Valores Peack, lado Babor.

33

Tabla 10: Valores Peack , lado Estribor.

34

Tabla 11: Resultado en el Espejo.

35

Tabla 12: Valores RMS, Motor Babor.

36

Tabla 13: Valores RMS, Motor Estribor.

37

Tabla 14: Valores RMS, Espejo.

37

 

5

RESUMEN

Esta tesis tiene como objetivo principal la medición de las vibraciones en el sistema propulsivo naval, en la cual se harán las correspondientes referencias a los aspectos que intervienen en ella, básicamente en sus conceptos introductorios y de análisis; como son el movimiento armónico en su expresión de vibración como en sus distintas complejidades asociadas, y también aunque a grandes rasgos las herramientas e instrumentos fundamentales para la lectura más simplificada de los resultados de esta medición. Con respecto a la normativa, normativa, se adopta la condición de esta en prueba de mar haciendo las consideraciones correspondientes a la aplicación de la norma ISO 6954, la cual trata las vibraciones desde el punto de vista del efecto en los pasajeros específicamente en lo que se refiere al confort, entregando los rangos admisibles de tolerancia. También dentro de la normativa vigente se hace un resumen de una de las normas que mayor influencia tiene en la medición de vibraciones; esta es la norma ISO - 4867, que es una norma muy completa que nos da los puntos de mediciones así como el procedimiento para la entrega de resultados, además de su campo de aplicación, y se ve posteriormente la norma 10816 en su parte 3, que aplica la norma respecto del tipo de máquina con la cuales se obtiene el rango de aceptabilidad de los resultados. Finalmente se hace una medición real correspondiente a una embarcación, refiriéndose a las normas, de acuerdo a su aplicabilidad correspondiente al caso tomado, en donde se podrán observar los resultados reales de la medición, para posteriormente entregar un análisis de estos.

 

6

SUMMARY

This thesis takes the measurement of vibrations as a principal object in the naval propulsive system, in which there will be done the corresponding references to the aspects that intervene in it, basically in its introductory concepts and analysis; since they are the harmonic movement in its expression of vibration as in its different associate complexities, and also though in outline the tools and fundamental instruments for the reading most simplified of the results of this measurement. With regard to the regulation, the condition is adopted of this one in proof of sea doing  the considerations corresponding to the application of the ISO norm - 6954, which treats the vibrations from the point of view of the effect in the passengers specifically regarding the comfort, delivering the admissible ranges of tolerance. Also inside the in force regulation a summary is done of one of the procedure that major influence has in the measurement of vibrations; this one is the ISO norm 4867, which it is a very complete norm that gives us the points of measurements as well as the procedure for the delivery of results, besides its field of application, and the norm sees later 10816 in its part 3, which applies the norm respect of the type of machine with which there is obtained the range of acceptability of the results. Finally real measurement is done a corresponding to a craft, respect to the procedure, in agreement to its applicability corresponding to the chosen case, where the real results of the measurement will be able to be observed, later to deliver an analysis of these.

 

7

Introducción

La problemática de las vibraciones en la construcción naval, como tal, es un tema no solo por lo que significa a nivel de percepción física y/o auditiva, sino además por ser la respuesta concreta y real de las máquinas o componentes de ellas cuando están en funcionamiento, pero como sabemos todas las máquinas puestas en marcha generan algún ttipo ipo de vibración que debiera tener un nivel aceptable que corresponde más bien a su salida de fábrica y no necesariamente presentará un problema a futuro. En el área de la ingeniería naval no es diferente que al resto de las ingenierías. Aún mas; considerando el medio donde se desempeña una embarcación, en donde es muy probable que se realicen viajes de larga duración como lo es en la mayoría de los buques mercantes donde el tiempo de embarque puede ser de meses. Por tanto una situación vibracional podría ser altamente complicada para la máquina misma como para la comodidad y permanencia de la tripulación y los pasajeros a bordo. En el sistema propulsivo naval, que es nuestro tema, las vibraciones pueden tener varios orígenes; pero el más importante se encuentra en la sala de máquinas, donde nos encontramos con el motor principal, principal, y como sabemos este no trabaja solo para proporcionar la energía necesaria para el funcionamiento, también hay involucrados otros elementos como la caja reductora, que permite reducir las revoluciones del motor a la hélice, grupos generadores, etc. Como es bien sabido las vibraciones y el ruido en una sala de máquinas son ciertamente ineludibles, aún con el mejor diseño y con todas las herramientas tecnológicas que se encuentran hoy a nuestro alcance, no se ha podido lograr anular los efectos vibratorios del funcionamiento de las máquinas y por tanto conviene saber hasta que rango son aceptables, tema en cual nos dan una gran ayuda las normas. Obviamente las casas clasificadoras también se refieren a esto, pero en resumen normas y casas clasificadoras tienen estándares similares.

 

8 CAPITULO I: FUNDAMENTOS TECNICOS DE VIBRACIONES. Para una mejor comprensión del tema de vibraciones señalamos las definiciones siguientes. 1.1 Movimiento Armónico Un movimiento armónico es caracterizado por una gráfica sinusoide o alguna versión distorsionada de ella, dependiendo de su contenido armónico. Todo movimiento armónico es periódico lo que significa que una parte de él se repite en el tiempo. Por ejemplo: En un sistema lineal, el desbalanceo de un equipo rotatorio puede generar un movimiento armónico.

1.1.1 Tipos de Movimientos Armónicos Movimiento Armónico Simple Uno de los movimientos más importantes, de los observados en la naturaleza, es el movimiento oscilatorio o vibratorio. Una partícula oscila cuando se mueve periódicamente respecto a una posición de equilibrio. Una partícula realiza un movimiento armónico simple cuando al desplazarse a lo largo de un eje; ejemplo: X, su posición se encuentra en función del tiempo por la expresión: X = A sen (ωt + ψ) La cantidad: (ωt + ψ) se denomina la fase, y por ello ψ, es la fase inicial; es decir, su valor para t=0. Aunque hemos definido el movimiento armónico simple en función de una expresión senoidal, puede igualmente expresarse en función de una expresión cosenoidal, el único cambio seria una diferencia de fase de π /2. Como la función seno varía entre 1 y -1, el desplazamiento de la partícula varía entre A y –A. A lo que se le llama amplitud del movimiento.

Movimiento Periódico Movimiento periódico es todo aquel que se repite periódicamente, es decir que se repite asimismo en periodos de tiempo regulares. Esto incluye movimiento armónico, pulsos, etc.

Movimiento Aleatorio El movimiento aleatorio ocurre de una manera errática y contiene todas las frecuencias en una banda particular de frecuencias. Movimiento aleatorio es cualquier movimiento que no se repite.

 

9 Movimiento Armónico Amortiguado  Amortiguado  Es aquel movimiento oscilatorio que posee una fuerza amortiguadora o de restauracion, la cual actúa regresando al sistema o partícula a su posición de equilibrio. Se designa por: Fd= Fuerza Fd=  Fuerza de Amortiguamiento (Damping)

   

Fd= c

, donde c es constante de amortiguamiento.  

1.2 ¿Qué es una Vibración? La vibración es el movimiento de oscilación de una máquina o elemento de ella en cualquier dirección del espacio desde su posición de equilibrio equilibrio.. Generalmente la causa de la vibración reside en problemas mecánicos como son: desequilibrio de elementos rotativos; desalineación de acoplamientos; engranajes desgastados o dañados; rodamientos deteriorados; fuerzas aerodinámicas o hidráulicas, fuerzas externas como golpes de olas, y problemas eléctricos. Estas causas como se puede suponer son fuerzas que cambian de dirección o de intensidad. Las características más importantes de los efectos producidos son: -

Frecuencia. Desplazamiento. Velocidad. Aceleración.

1.2.1 Tipos de Vibraciones

Vibración Libre Ocurre cuando un sistema oscila debido a esfuerzos inherentes y en la ausencia de excitación externa. En la vibración libre el sistema oscila en una o más de sus frecuencias naturales que son particulares de cada sistema y son determinadas por su rigidez y distribución de masa.

Vibración Forzada Es provocada por la excitación de una fuerza externa.

 

10 Vibración Simple: Es la onda más simple, y representa a la oscilación más pura.

Vibración Aleatoria: Frecuencias que no cumplieron patrones especiales que se repiten.

1.3 Definición de Amplitud y Formas de Medición. 1.3.1 Amplitud Es igual a la altura de los ciclos de oscilación, medida con respecto a la posición de equilibrio. 1.3.2 Formas de Medición Las formas en que se miden son:  son:  Cero - pico: pico:   mide la amplitud de la función sinusoidal desde la posición de equilibrio, valor 0 en el eje de coordenadas, y el máximo o el mínimo de la función. 󰀭  Pico - pico: pico:   mide la magnitud de la amplitud de la función sinusoidal desde un valor mínimo hasta un valor máximo o viceversa. 󰀭  Amplitud RMS:   es la amplitud del desplazamiento constante que contendría la misma energía que transporta la onda senoidal. Matemáticamente es la raíz cuadrada del valor medio del cuadrado de la señal. Por integración directa puede demostrarse que, para una señal sinusoidal, Siendo ψi,  es el parámetro aleatorio, entonces el valor RMS será igual: 󰀭 

                 

 

Donde T = T2 - T1, o cualquier intervalo de tiempo.

1.3.3 Frecuencia de un movimiento oscilatorio La frecuencia es la cantidad de veces que se repite un evento en un determinado tiempo, pero no se puede hablar de la frecuencia sin especificar a cual nos referimos pues existen; frecuencia natural, frecuencia angular, entre otras:  otras: 

    

 

 

11 Frecuencia Natural

Es la frecuencia que presenta cada componente por su propia naturaleza y características. Se mide en seg.-1  1 Hertz = 60 ciclos por minuto.

     

 

K = Rigidez del sistema. M= masa

Frecuencia Angular Es la frecuencia del movimiento circular o de ondas armónicas, que se mide en rad/seg.  rad/seg.  

  

 

Periodo Es el tiempo necesario para que ocurra una oscilación o se complete un ciclo. Se mide en minutos o segundos. Se designa por T.

     

 

Severidad de Vibración Para determinar la severidad de vibración se utiliza el valor pico y RMS de la misma. Ambos determinaran de acuerdo al rango de frecuencias de la máquina para maquinas con movimientos armónicos sencillos podrán utilizarse cualquiera de los dos valores, pues serán similares, no así para máquinas con movimientos complejos en donde la utilización de estos índices dan resultados significativamente diferentes.

1.4 Fuentes que pueden originar vibraciones Las fuentes de excitación de las vibraciones que se producen en los buques pueden dividirse en: 󰀭 

La Hélice.

󰀭 

El motor Principal.

󰀭 

Motores auxiliares.

󰀭 

Efectos del mar.

 

12 1.4.1 Excitaciones debidas a la acción de la hélice. Las excitaciones hidrodinámicas por efecto de hélice pueden dividirse en: -

Esfuerzos sobre la hélice. Esfuerzos sobre la superficie del casco. Esfuerzo sobre el timón.

Los esfuerzos sobre la hélice actúan sobre el eje de cola y la línea de ejes esto da origen a: -

Vibraciones laterales o de remolinos. Vibraciones torsionales. Vibracione Vibracioness axiales.

1.4.2 Excitaciones debidas al funcionamiento del motor. Una de las principales fuentes de excitación son las fuerzas de inercia de los motores principales. Los motores producen principalmente vibraciones locales. Estas excitaciones actúan sobre la estructura del barco y pueden dividirse en tres categorías: -

Excitacion Excitaciones es verticales. Excitacion Excitaciones es transversale transversales. s. Excitacion Excitaciones es longitudina longitudinales. les.

1.5 Concepto de Criticidad  Criticidad  Este término es usado para determinar la importancia de una máquina en el proceso productivo. Esta “importancia”, es típicamente basada en una evaluación de las consecuencias que implicaría la falla del equipo en servicio, en la mayoría de los casos envuelve aspectos gerenciales. Se consideran para clasificar 7 áreas de impacto: -

Seguridad y Salud. Medio Ambiente. Calidad. Productividad. Producción. Tiempos operacionales. Tiempos y costos de reparación.

En base a lo anterior se hace una clasificación de los niveles de criticidad, de acuerdo al riesgo que se presentan en las máquinas:

 

13

MATRIZ DE CRITICIDAD CAUSAS DE PARADAS NO PLANIFICADAS A

B

C

Riesgo Alto Altos Riegos de vida del personal. Daños graves en la salud del personal. Perdida de material. Derrames y fugas: Alto excedente límites permitidos.

Riesgo Medio Riesgo de vida significativo del personal. Daños menores en la salud del personal. Derrames y fugas: Repetitivas y excedentes a los límites permitidos.

Riesgo Bajo No existe riesgo de salud ni daños al personal. Emisiones normales de la planta dentro de los límites permitidos.

Calidad y Productividad

Defectos de producción. Reducción de velocidad. Reducción de producción.

Variaciones en las especificaciones de calidad y producción.

Producción

Parada de todo el proceso.

Parada de una parte del Proceso.

Área de impacto

Seguridad y Salud

Medio Ambiente

Sin efectos.

OPERACIÓN DE EQUIPOS Áreas de impacto Tiempos de operación Intervalos entre actividades Tiempo y costo de mantenimiento

A Riesgo Alto 24 horas diarias. Menos de 6 meses. Tiempos y/o costos de reparación altos.

B Medio Riesgo 2 turnos u horas normales de trabajo. Promedio una vez al año.

C Riesgo Bajo Ocasionalmente . Raramente.

Tiempos y/o costos de reparación razonables.

Tiempos y/o costos de reparación irrelevantes.

TABLA 1: MATRIZ DE CRITICIDAD

1.6 METODOS DE TRANSFORMACION DE LA SEÑAL.

1.6.1 Transformada de Fourier (Fast Fourier Transform FFT)  FFT)   El matemático y físico Jean Baptiste Fourier (1768 - 1830), contribuyó a la idea de que una función puede ser representada por la suma de funciones sinusoidales. Una transformada de Fourier es una operación matemática que transforma una señal de dominio de tiempo a dominio de frecuencia y viceversa. En el dominio de tiempo, la señal se expresa con respecto al tiempo. En el dominio de la frecuencia, una señal es expresada con respecto a la frecuencia.

Amplitud v/s Tiempo

Amplitud v/s Frecuencia

 

14 1.7 Señales en el Dominio del Tiempo.  Tiempo. 

TIPO DE SEÑAL

ESTACIONARIA 

ALEATORIA 

NO ESTACIONARIA 

DETERMINISTA 

SE ALES LES CA CASI SI PERIODICAS

CONTINUA 

TRANSIENTE 

SEÑALES PERIODICAS  

Figura 1: Señales en el dominio en el tiempo.

1.7.1 Señales Estacionarias Corresponde a la primera división natural de las señales. Estas señales son constantes en sus parámetros estadísticos como por ejemplo en el dominio del tiempo, su nivel general sería igual y su distribuc distribución ión de amplitud y su desviación estándar serian casi lo mismo. Ejemplo:: Maquinaria rotativa. Ejemplo

1.7.2 Señales Deterministas Son una clase especial de señales estacionarias y tienen un contenido de frecuencia y de nivel relativamente constante por un largo periodo de tiempo. Ejemplo:  Maquinaria rotativa, instrumentos musicales, generadores de funciones Ejemplo:  eléctricas.

1.7.3 Señales Periódicas Tienen formas de ondas con un patrón que se repite a igual distancia en el tiempo.

1.7.4 Señales Casi – Periódicas Tienen formas de ondas con una repetición variable en el tiempo, pero que parece ser periódica al ojo del observador.

 

15 1.7.5 Señales Aleatorias: Son impredecibles en cuanto a su contenido de frecuencia y a su nivel de amplitud, aún así mantiene características relativamente uniforme sobre el dominio del tiempo. Ejemplo: Lluvia Ejemplo:  Lluvia cayendo en un techo, ruido de un motor a reacción, cavitación.

1.7.6 Señales No Estacionarias Se dividen en continuas y transientes. Señales Continuas Ejemplo: sonido de fuegos artificiales.

1.7.7 Señales Transientes Se definen como las señales que empiezan y terminan a nivel cero y duran una cantidad de tiempo finita. Pueden ser muy breves o bastante largos. Ejemplo: golpe de martillo, el ruido de un avión que pasa, o la gráfica de una máquina arrancando o terminando de funcionar.

 

16 CAPITULO II: REGLAMENTACION Y NORMAS RESPECTO DE VIBRACIONES EN BUQUES. La normativa relacionada con la medición de vibraciones es amplia y variada en su temática, haremos un breve resumen de algunas a continuación:

2.1 ISO 6954: “Vibraciones Mecánicas – Directrices para la medición, reporte y evaluación de habitabilidad para barcos de pasajeros y mercantes”

En esta norma se entregan las bases para realización de mediciones en zonas habitables de barcos; se refiere a como realizar las mediciones, localización y orientación de los transductores, además de las condiciones y procedimiento de medición además establece rangos para la evaluación de resultados. Esta norma hace referencia a la medición de vibración y ruidos en espacios destinados a pasajeros y también para la tripulación, establece rangos de aceptabilidad entre 4 y 9 mm/s (0 – pico) en un rango de 5 a 100 Hz. Con límites de ruidos, por ejemplo: Cabina de pasaje 󰀭  Espacios públicos 󰀭  Espacios abiertos de recreo

󰀭 

50 dB. 55 dB. 65 dB.

2.2 ISO 2372: “Guía para la aceptación de la Amplitud de Vibración” Norma para maquinaria rotativa operando desde 600 hasta 12000 rpm. Especifica niveles de velocidad general de vibración en lugar de niveles espectrales, resultados que pueden ser algo engañosos. ISO 2372, especifica los límites de velocidad de vibración basándose en los caballos de vapor de la maquina y cubre un rango de frecuencias desde 10 Hz hasta 1000 Hz. Debido al rango limitado de alta frecuencia, se puede fácilmente dejar pasar problemas de rodamientos con elementos rodantes. Esta norma está considerada actualmente obsoleta siendo reemplazada por la actual ISO 10816 e ISO 4867.

 

17 RANGO DE SEVERIDAD DE VIBRACION VELOCIDAD RMS (mm/s)

VELOCIDAD 0PEAK (mm/s)

0,28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8

0.3969 0.6364 1.0041 1.5839 2.5456 3.9598

4.5 7.1 11.2 18 28 45 71

6.3640 10.0409 15.8392 25.4558 39.5980 63.6396 100.4096

CLASES DE MAQUINAS CLASE I A

CLASE II

A

CLASE III

A

CLASE IV

A

B B C

B C

C

B C

D

D

D

D

Tabla 2: Valores de aceptación según normas. Rangos de severidad de vibración para Máquinas Pequeñas (clase I), Máquinas de tamaño Mediano (clase II), grandes Máquinas (clase III), y turbo- máquinas (clase IV).

2.3 ISO 4867: “Código para la Ejecución de Mediciones Vibracionales a Bordo de Buques y Presentación de Resultados”.

Esta norma nos resulta algo más completa que la anterior, aunque no contiene la influencia de la vibración o ruido en espacios destinados a pasajeros, es decir a nivel de percepción. Para la realización de las pruebas deben considerarse condiciones uniformes de funcionamiento, es decir normales. En esta norma se usa la unidad primaria de medición el valor Peak. Este estándar de medición establece un procedimiento de acumulación y presentación de datos para:   Vibraciones del casco con 1 o múltiples ejes, buques mercantes y oceánicos.   Vibración del sistema propulsor – eje, hélice.





 

18 Mediciones I) 󰀭  󰀭  󰀭  󰀭 

II)

Vibraciones del casco y superestruct superestructuras, uras, excitadas por el sistema de propulsión, respecto a: Frecuencia rotacional del eje. Palas de la hélice. Armónicos de las palas. Frecuencias asociadas con los componentes mayores de la maquinaria. Excitación del eje propulsor y el sistema maquinaria principal.

Además la norma da las recomendaciones para la realización de la prueba, entre estas; profundidad de agua mayor a 5 veces el calado del buque, mar calmado estado beaufort 3, y todas las condiciones necesarias para realizar la prueba. Las mediciones deberán ser tomadas en los siguientes lugares: a) b) c) 󰀭 

Espejo Superestructura Maquinaria y rodamientos de los descansos en Sala de Máquinas: Para motores con reductor.

󰀭

  Para motores diesel de acción. Las cantidades a ser medidas son: desplazamiento, velocidad, aceleración, presiones, deformación, frecuencias, frecuencias rotacionales del eje (rpm o rps); y fase.

Para los procedimientos de las pruebas, se deberá considerar: Calibración del equipo generador de medidas. 󰀭  Funcionamiento en ruta libre. 󰀭  Mediciones durante las maniobras.

󰀭 

El reporte de los datos debe contener lo siguiente:   Características principales de diseño; croquis del perfil del casco y superestructura.   Croquis mostrando la ubicación de los transductores.   Condiciones de pruebas.   Gráficos de amplitudes de desplazamientos, velocidad y aceleración versus velocidad para frecuencia rotacional.   Resultados en áreas locales.   Resultados de maniobras.   Resultados de prueba caída y parada de ancla.   Método de análisis de resultados.

















Como se puede apreciar al revisar la norma, no queda opción de error en las mediciones, es bastante grafica al señalar las ubicaciones y las zonas de medici

 

19 2.4 ISO 10816: “Evaluación de Máquinas- Vibraciones y Medición de partes no rotativas” Esta norma entrega las guías especificas para la evaluación de severidad de vibración medidas en apoyos, montajes o soportes de maquinas industriales cuando esta medidas se realizas In situ. Consta de 6 partes: 󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭 

ISO 10816- 1: 1: Reglas  Reglas generales. ISO 10816- 2: 2:   Turbina de gas y Generadores sobre 50 MW con velocidades de operación de: 1500 rpm, 1800 rpm, 3000 rpm y 3600 rpm. ISO 10816- 3: 3: Máquinas  Máquinas industriales con potencia nominal por encima de 15 kW y velocidades entre 120 rpm y 15000 rpm, medidas In Situ. ISO 10816- 4: 4: para  para Turbinas a Gas. ISO 10816- 5: 5:   Máquinas con potencia hidráulica, plantas generadoras y de bombeo. ISO 10816- 6: 6: Corresponden  Corresponden a máquinas reciprocicante con potencia por sobre a 100 kW.

Usaremos la norma ISO 10816 en su parte 3, pues está dentro del rango que nosotros necesitamos evaluar. Las máquinas que entran en esta clasificación de la norma incluye lo siguiente:

󰀭 

Turbinas a vapor con potencia sobre los 50 MW; Partes de turbinas a vapor con potencia mayor que 50MW y velocidades debajo de 1500 r/min o sobre 3600 r/min (no incluidas en ISO 10816-2); Compresores; Turbina a gas industriales con potencia hasta 3MW; Bombas centrifugas, con flujo mixto o axial; Generadores, excepto cuando se usa un generador de potencia hidráulica y bombas; Motores eléctrico de cualquier tipo;

󰀭 

Turbinas y Ventiladores.

󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭 

Son excluidas de esta parte de la norma: 󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭 

Apoyos de Generadores de turbinas a vapor con potencias mayores que 50 MW y velocidades de 1500 r/min, 1800 r/min, 3000 r/min, o 3600 r/min. Máquinas de turbinas a vapor con potencia mayor a 3 MW. Partes de máquinas plantas generadoras y bombas con potencia hidráulica. Máquinas acopladas a máquinas reciprocantes. Compresores de desplazamiento rotatorio positivo. Bombas reciprocante. Motobombas sumergidas. Turbinas de viento.

 

20 2.4.1 Procedimiento de Medición y Condiciones de Operación.  Operación.  El equipo de medición debe ser capaz de medir una amplitud de banda entre 10 - 1000 Hz, dependiendo del criterio de la vibración.

Debe precaverse que agentes o factores externos o ambientales, influyan en la medición, como por ejemplo: 󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭 

Campos magnéticos; Campos sonoros; Variaciones de potencia; Largo del cable del transductor; Orientación del transductor.

2.4.2 Puntos de Medición. Sentido Axial

Sentido Horizontal

Sentido Vertical

Sentido Axial

Sentido Horizontal

Figura 2: Sentidos de Medición.

 

21 2.4.3 Clasificación de Máquinas La Severidad Vibratoria será clasificada de acuerdo a los siguientes parámetros: a) Tipo de máquina; b) Potencia o altura del eje; c) Sistema de soporte.

2.4.3.1 Clasificación de acuerdo al Tipo de Máquina, Régimen de Potencia, y Altura del Eje. 󰀭  Grupo 1: Máquinas grandes con potencia nominal sobre 300 kW; máquinas eléctricas con altura de eje H ≥ 315 mm.  mm.  Estas máquinas normalmente tienen bases en sus apoyos. El rango de operación o velocidades nominales es amplio y está en rangos de 120 r/min – 15000 r/min.

󰀭 

Grupo 2: 2:   Máquinas tamaño mediano con potencia entre 15 kW y 300 kW, máquinas eléctricas con altura de eje 160mm ≤ H ≤ 315 mm.

Estas máquinas normalmente tienen elementos de apoyo rodante y velocidades de operación sobre 600 r /min.

󰀭 

Grupo 3: 3:   Bombas con impulsor multipaletas, motor separado (centrífugo de flujo mixto o axial) con potencia sobre 15 kW.

Las máquinas de este grupo pueden tener elemento de apoyo rodante.

󰀭 

Grupo 4: 4: Bombas  Bombas con impulsor multipaletas y con impulsor integrado (centrifugo, flujo mixto o axial) con potencia sobre 15 kW.

Las máquinas de este grupo en su mayoría podrían tener elementos de eslabón o rodantes en sus apoyos.

 

22 2.4.3.2 Clasificación de acuerdo al tipo de soporte. Estos pueden ser: a) Flexibles; o b) Rígidos. Esto dependerá de la relación entre la máquina y los soportes o montajes que la alojan, se determina a través de análisis; si la frecuencia natural del sistema maquinasoporte es mayor que la frecuencia de excitación en esa dirección entonces el sistema se considerará rígido, de lo contrario es flexible. FNatural > F Excitación

Rígido.

FNatural < F Excitación 

Flexible.

Para determinar a cual tipo de soporte corresponde, deberá calcularse o realizarse algún test para medirlo.

2.4.4 EVALUACION. Existen 2 criterios de evaluación para la severidad de vibración. I)

Criterio I: Magnitud de Vibración. Vibración.

Este criterio define los límites de magnitud de vibración, a través de zonas.

Zonas de Evaluación Permite evaluar cualitativamente la vibración según el tipo de máquina. Estas son: Zona A: Máquinas A: Máquinas recién puestas en marcha. Zona B:  B:  Máquinas con vibración en una zona que normalmente considerada aceptable pero no tienen restricciones para máquinas con operaciones de larga duración. Zona C: Las máquinas con vibración en esta zona son normalmente consideradas insatisfactorias para operaciones continuas. Generalmente, la máquina podría estar operando por periodos limitados en estas condiciones hasta que surja la oportunidad de aplicar una acción correctiva. Zona D:  D:  Los valores de vibración en esta zona son normalmente considerados suficientemente severos, lo que podría causar peligro a la máquina.

 

23 II)

Criterio II: Cambio en la Magnitud de Vibración.

Este criterio especifica las bases del cambio de amplitud de vibración que ocurre en condiciones de operación rígido, estas variaciones podrían interpretar pequeños cambios que incluyen variaciones en la potencia de la máquina o condiciones de operaciones.

En resumen se vería como sigue:

Grupo 1: Tipo de Soporte Rígido

Flexible

A/B B/C C/D A/B B/C

RMS Desplazamiento (μm) 29 57 90 45 90

C/D

140

Zona limite

RMS Velocidad (mm/s) 2,3 4,5 7,1 3,5 7,1 11,0

Tabla 3:  Grupo 1; Máquinas grandes con potencia nominal sobre 300 kW; máquinas eléctricas con altura de eje H≥ 315 mm.  mm. 

Grupo 2: Tipo de Soporte Rígido

Flexible

Zona limite A/B B/C C/D A/B B/C C/D

Desplazamiento RMS-μm 22 45 71 37 71 113

Velocidad RMS- mm/s 1,4 2,8 4,5 2,3 4,5 7,1

Tabla 4:  4:  Grupo 2; Máquinas tamaño mediano con potencia entre 15 kW y 300 kw, máquinas eléctricas con altura de eje 160mm ≤ H ≤ 315 mm.

 

24 Grupo 3:

Tipo de Soporte Rígido

Flexible

A/B B/C C/D A/B

RMS Desplazamiento (μm) 18 36 56 28

B/C C/D

56 90

Zona limite

RMS Velocidad (mm/s) 2,3 4,5 7,1 3,5 7,1 11,0

Tabla 5: Tabla  5: Grupo 3; Bombas con impulsor multipaletas, motor separado (centrífugo de flujo mixto o axial) con potencia sobre 15 kW.

Grupo 4: Zona limite

RMS

A/B B/C C/D A/B B/C C/D

Desplazamiento (μm) 11 22 36 18 36 56

Tipo de Soporte Rígido

Flexible

RMS Velocidad (mm/s) 1,4 2,8 4,5 2,3 4,5 7,1

Tabla 6: Grupo 4; Bombas con impulsor multipaletas y con impulsor integrado (centrifugo, flujo mixto o axial) con potencia superior a 15 kW.

Nota: Los Nota:  Los valores entregados corresponden a valores RMS.

 

25 CAPITULO III: MEDICION Y ANALISIS DE VIBRACIONES EN PRUEBA DE MAR.  MAR.   3.1 Preparativos de la Medición Para realizar la medición de vibración en prueba de mar es necesario tener una visión general del tipo de embarcación que se va analizar, más bien de aspectos importantes como el perfil de misión o la finalidad de trabajo de ésta; y además se debe tener claro los puntos a examinar; vale decir, la ubicación física de las mediciones. Esta parte resulta muy importante al momento de medir pues no siempre se dispone de todo el tiempo para salir a probar una embarcación debido a los costos asociados a ella, esto es, consumo de combustible, y horas de trabajo del personal del astillero y del armador. Claramente para una prueba como esta, en donde su finalidad es puramente académica se dio el tiempo necesario para realizar una inspección previa de la zona de medición, así como el donde y porque se pondrían los sensores. Estas son condiciones casi ideales para poder preparar cualquier prueba. (Es decir estamos centrados en un caso particular con tiempo disponible para poder desarrollarlo.) La realidad de estas pruebas no siempre es así, en algunos casos se presenta la necesidad en el momento en que se producen efectos vibratorios; en esos casos se acude a una empresa especializada para que analice el problema y se cuenta con muy poco tiempo de preparación. Teniendo en cuenta estas consideraciones se prosigue con el análisis. Las mediciones se realizarán durante las pruebas de mar realizadas en el rio CalleCalle con la autorización del astillero CONAV S.A., situado en Av. España Nº979 en la ciudad de Valdivia. La embarcación corresponde a una lancha de servicio de Bahía; concretamente una lancha pilot tipo A; su finalidad es la transferencia en el transporte de prácticos desde el puerto. Sus características principales serán presentadas en el siguiente protocolo.

Nota: La Nota:  La descripción de los equipos de medición se presenta en Anexo I y II.

 

26

DATOS DE LA MEDICION LUGAR DE MEDICION:

FECHA:

RIO CALLE-CALLE

18-06-09

NOMBRE ORGANIZACIÓN QUE REALIZA LA MEDICION: FONO/FAX :

RESPONSABLE DE LA MEDICION: B. OJEDA VERA  DATOS DEL BARCO NOMBRE DEL BARCO:

MAQUI

ARMADOR: TIPO DE BARCO:

LANCHA PARA TRANPORTE DE PRACTICOS

AÑO DE CONSTRUCCION: 2009 CARACTERISTICAS DEL CASCO Lpp(m):

12,8

T(m):

1

B MOLDEADA(m):

4,33

DESPLAZAMIENTO(ton):

17

D(m):

2,15

CARACTERISTICAS DEL MOTOR PRINCIPAL TIPO:

C7

MARCA:

CATERPILLAR  

r/min:

( 2 x 315 BHP)/ 234,89 kW

POTENCIA (BHP): REDUCCION:

630 BHP/ 470 kW 2,7: 1

2400

CARACTERISTICAS DEL PROPULSOR Nº DE PALAS:

DIAMETRO (m) :

4

0,75

CONDICIONES DE LA MEDICION ESTADO DE MAR:

Beaufort 3

VELOCIDAD DEL VIENTO: PROFUNDIDAD DEL AGUA: 

Tpr(m):

0,85

Tpp(m):

1

8m

CARACTERISTICAS DEL INSTRUMENTO DE MEDICION MARCA:

VIBRACHECK AB 3200, IDEAR.

ACELEROMETRO:

WILCOXON RESEARCH 784 A

SENSIBILIDAD:

100 mV/g

CERTIFICACION:

Tabla 7: Protocolo 7: Protocolo de datos de la Embarcación.

VIGENTE

 

27  

medida es un unaa lan lancha cha ddee serv servici icio marítimo Pilot tipo A, fabricada La embarcación ser medida en el Astillero Soci dad Constructora Naval S.A.

Figura 3: Croquis de lancha.

Foto 1: Lancha en Pruebas de mar. Mediciones  3.2 Sentido de Orientación de las Mediciones  refe ferr ncia la crujía de la embarcación, La ori orien enta taci ción ón de cada medición tendrá como re vale decir la línea entral longitudinal. Por tanto se entenderán las flechas como sigue a continuación, con r specto al plano horizontal. Perpendicul r. Horizontal. Axial. Nota: todas las medidas son con referencia al eje ropulsor como se explica en la siguiente figura.

 

28 3.3 APLICACION DE LAS NORMAS  NORMAS  Bajo las condiciones ya mencionadas de la prueba y debido a las características de la embarcación y considerando las proporciones de esta, las normas que se aplicarán son las siguientes: ISO 4867 󰀭  ISO 10816

󰀭 

3.4 NORMA ISO 4867: 4867: se aplicará esta norma porque da las recomendaciones necesarias en cuanto al aspecto naval en lo que concierne a su sistema propulsivo, ya sean los lugares de medición, las orientaciones del transductor, etc. Lugares elegidos de medición:

Figura 3: Plano de Sala de Máquinas  I.

Espejo.

La medición será lo más cercana en la línea de crujía, las mediciones serán. i) Perpendicular. ii) Axial; (la medida será tomada perpendicular al espejo).

II.

Sala de Máquinas.

III.

Mamparos de Sala de Máquinas.

 

29 3.5 DESCRIPCION DE LUGARES A MEDIR

3.5.1 Espejo: De acuerdo a la norma es recomendable, medir en el espejo al ser una de las zonas que mas recibe los efectos de la hélice, en este caso es importante, porque el trabajo al que es sometido por efecto de esta; es alto debido a las grandes velocidades que puede alcanzar la embarcación. Otro motivo por el que es relevante saber cómo se presentan los efectos vibratorios en el espejo, esta dado por que la lancha tiene instalada 2 hélices, y como ya sabemos la la hélice es una de las mayores causas de vibración en las embarcaciones propulsadas por un sistema Motor – Hélice. La medición se realiza en sentido: 󰀭  Axial. Adosada a la estructura del espejo.

3.5.2 Sala de Máquinas: La Sala de máquinas consta de 2 motores de 315 hp, por lo tanto las mediciones se harán en ambos, principalmente en los fundamentos. Cada motor posee 4 fundamentos, más dos en el sentido axial; cabe mencionar que los motores poseen una inclinación alrededor de 10º, la que se mantiene hasta la hélice, por lo tanto se tendrá cuidado con este dato, pues nos impide realizar ciertas mediciones, pues no tendrá un sentido absoluto. En la siguiente imagen se muestra la disposición de los fundamentos, en total son 4 apoyos en cada pata del motor.

En la sala de máquinas tenemos los siguientes puntos que deberán ser medidos: i) En los fundamentos del motor; arriba y abajo. ii) En la Carcasa del motor. iii) En la Caja Reductora. iv) En el Codaste.

La instalación de los motores, en la sala de máquinas, o más bien su distribución en el espacio nos limitará al momento de poner el sensor de medición.

La orientación de las mediciones quedará como sigue:

 

30

i) En los fundamentos del motor  a) Se medirán los apoyos que están hacia el pasillo de la Sala de Máquinas, Máquinas, en dirección de crujía. 󰀭  El apoyo que esta directo debajo del motor, las mediciones serán:   Perpendicular a la línea de eje.   Horizontal; en dirección de la línea de eje. 



Ref.: Ver página 28. 󰀭  El apoyo que esta inmediatamente debajo del apoyo anterior, las

mediciones serán:   Perpendicular a la línea de eje.   Horizontal; en dirección de la línea de eje. 



b) Se medirán también los apoyos que se encuentran detrás de cada motor hacia el lado de Mamparo de Proa.

ii)

En la Carcasa del motor.

Esta medida quedará anulada, por la incapacidad del acelerómetro de estar sometido a altas temperaturas.

iii)

En la Caja Reductora. 

Esta medida coincide con los apoyos que están a Popa del motor, por por lo tanto se aprovecha para ver los efectos de la caja reductora.   Perpendicular a la línea de eje.   Horizontal; en dirección de la línea de eje.





iv)

Codaste.

Se toma justo por sobre el tubo de codaste, el sensor se fija en el mamparo de popa. 

  Axial.

 

31

3.5.3 Mamparos en Sala de Máquinas: 󰀭  Mamparo de Sala de Máquinas en lado Proa, motor Estribor y Babor. 󰀭  Mamparo de Sala de Máquinas en lado Popa, Estribor y Babor.

Foto 2: Fundamento 2: Fundamento del motor.

Foto 3: Ubicación 3: Ubicación del transductor en sentido perpendicular al eje propulsor.

 

32  

Asignaremos un ombre a cada lugar de medición:

Detrás de motor V- H

Espejo axial A Mamp.S/M Proa A Mamparo S/M popa, A

Sobre el aislador V-H

Sobre el aislador V-H

Bajo el aislador H Ba o el ai lador H

quema ma de Med Medicion iciones es to tomada madas, s, pa parr motor de Babor y Estribor. Figura 4: Es 4: Esque Nota: se asume V; como perpendicular

 

33 3.6 NORMA ISO 10816-3: 10816-3: Su aplicación es para la lectura de los datos.

3.6.1 Lectura de los resultados obtenidos en las Mediciones.

Para hacer más fácil la evaluación se muestra una tabla con las zonas límites, para las velocidades y el desplazamiento, de acuerdo a la norma ISO 10816-3.

VALORES VAL ORES L MITE MITES S RMS

VALORES VAL ORES L MITE MITES S RMS ZONAS

VELOCIDAD mm/s

ZONAS

DESPLAZAMIENTO µm

ZONA A

Entre 0 - 3,5

ZONA A

Entre 0 - 45

ZONA B  B 

Entre 3,5 - 7,1

ZONA B  B 

Entre 45 - 90

ZONA C

Entre 7,1 – 11,0

ZONA C

Entre 90 –140

ZONA D

Más 11,0 - …

ZONA D

Más 140-…

Tabla 8: Valores 8: Valores Peak obtenidos en el rango de medición. 3.6.2 Resultados Sala de Máquinas Lado Babor

ACELERACION DETR S D DE EL MOTOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 INFERIOR HORIZONTAL FUND.2 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND.2 INFERIOR HORIZONTAL MAMP. S/M POPA AXIAL MAMP. S/M PROA AXIAL

VALORES PEAK - LADO BABOR VELOCIDAD DESPLAZAMIENTO

ENVOLVENTE

1,295 [g] 1,08[g]

4,92 [mm/s] 9,94 [mm/s]

7,8 [µm] 95,4 [µm]

2,807 [gE] 2,497 [gE]

9,936[g] 8,702[g]

11,99 [mm/s] 26,73 [mm/s]

18,1 [µm] 169,5 [µm]

26,978 [gE] 21,079 [gE]

0,975[g]

8,38 [mm/s]

17,2 [µm]

1,775 [gE]

11,84 [g] 16,664 [g]

16,14 [mm/s] 14,94 [mm/s]

52 [µm] 71,2 [µm]

26,951 [gE] 20,946 [gE]

0,994 [g]

4,29 [mm/s]

23,4 [µm]

2,126 [gE]

1,036 [g]

3,6 [mm/s]

6,9 [µm]

1,741 [gE]

0,556 [g]

1,8 [mm/s]

3,1 [µm]

1,033 [gE]

Tabla 9: Valores 9: Valores Peak; Lado Babor.

 

34 Motor de Babor Nota: se asume V; como medición Perpendicular. Detrás de Motor V: 4,92 mm/s. H: 9,94 mm/s.

Mamparo Proa S/M  A: 1,8 mm/s.

Mamparo lado Codaste A: 3,6 mm/s.

1º Fundamento Lado Inferior V: 11,99 mm/s H: 26,73 mm/s.

1º Fundamento lado inferior  H: 8,38 mm/s.

2º Fundamento Lado Superior V: 16,14 mm/s. H: 14,94 mm/s.

2º Fundamento lado inferior H: 4,29 mm/s.

Figura 5: 5: Esquema de mediciones obtenidas, Bb. 3.6.3 Resultados Sala de Máquinas Lado Estribor: VALORES PEAK - LADO ESTRIBOR ACELERACION VELOCIDAD DESPLAZAMIENTO ENVOLVENTE DETR S D DE EL MOTOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 INFERIOR HORIZONTAL FUND.2 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND.2 INFERIOR HORIZONTAL MAMP. S/M POPA AXIAL MAMP. S/M PROA AXIAL N/M: No Medido

8,9 [g] 9,843[g]

11,79 [mm/s] 25,36 [mm/s]

15,2 [µm] 111,8 [µm]

27,554 [gE] 31,838 [gE]

N/M N/M

N/M N/M

N/M N/M

N/M N/M

N/M

N/M

N/M

N/M

0,659 [g] 1,1 [g]

2,23 [mm/s] 5,45 [mm/s]

5 [µm] 13,6 [µm]

1,112 [gE] 2,318 [gE]

0,805 [g]

2,28 [mm/s]

6,1 [µm]

1,681 [gE]

1,628 [g]

3,31 [mm/s]

3,6 [µm]

2,958 [gE]

3,2 [µm]

0,433 [gE]

0,383 [g] 2,08 [mm/s] Tabla 10: Valores 10: Valores Peak; Lado Estribor.

 

35 Motor Estribor Detrás de Motor  V: 11,79 mm/s. H: 25,36 mm/s.

Mamparo Lado Proa. A: 2,08 mm/s.

Mamparo Lado Codaste A: 3,31 mm/s.

2º Fundamento Lado Superior  V: 2,23 mm/s. H: 5,45 mm/s.

1º Fundamento Lado Superior e Inferior. MEDICIÓN NO RELIZADA 2º Fundamento Lado Inferior H: 2,28 mm/s.

Figura 6: Esquema de mediciones obtenidas, Eb. Nota : se : se asume V; como perpendicular.  perpendicular. 

3.6.4 Resultados de la medición en el espejo:

ACELERACION ESPEJO AXIAL

VELOCIDAD

DESPLAZAMIENTO ENVOLVENTE

0,853 [g] 8,04 [mm/s] Tabla 11: Resultados 11: Resultados Espejo.

23,6 [µm]

Espejo A: 8,04 mm/s.

Figura 7: Medición tomada en espejo. Nota : esta medida se realiza en los refuerzos interiores verticales del espejo.

1,71 [gE]

 

36

3.7 Evaluación de los resultados obtenidos 3.7.1 Valores RMS obtenidos: 3.7.1.1 Velocidades y Desplazamient Desplazamientos. os. A continuación se hará un análisis de los valores mayores que se presentaron en la medición: ZONA BUENOA

I)

ZONA C INSATISFACTORI INSATISFACTORIO O

ZONA D PELIGRO

Sala de Máquinas Lado Babor:

UBICACION DETR S D DE EL MOTOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 INFERIOR HORIZONTAL FUND.2 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND.2 INFERIOR HORIZONTAL MAMP. S/M POPA AXIAL MAMP. S/M PROA 󰁁󰁘󰁉󰁁󰁌

ZONA B ACEPTABLE

VELOCIDAD

EVALUACION , VALORES RMS ZONA DESPLAZAMIENTO

ZONA

4,1 [mm/s]

ZONA B

5,68 [µm]

ZONA A

2,62 [mm/s]

ZONA A

4,26 [µm]

ZONA A

6,35 [mm/s] 7,42 [mm/s]

ZONA B ZONA C

38,89 [µm] 24,48 [µm]

ZONA A ZONA A

9,21 [mm/s]

ZONA C

18,89 [µm]

ZONA A

6,35 [mm/s] 7,42 [mm/s]

ZONA C ZONA C

38,89 [µm] 24,48 [µm]

ZONA A ZONA A

3,78 [mm/s]

ZONA B

3,32 [µm]

ZONA A

2,56 [mm/s]

ZONA B

4,44 [µm]

ZONA A

1,46 [mm/s]

ZONA A

2,25 [µm]

ZONA A

Tabla 12: Valores RMS, Motor Bb.

 

37 II)

Sala de Máquinas Lado Estribor:

UBICACION DETRÁS DEL MOTOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND. 1 INFERIOR HORIZONTAL FUND.2 SUPERIOR VERTICAL HORIZONTAL FUND.2 INFERIOR HORIZONTAL MAMP. S/M POPA AXIAL MAMP. S/M PROA AXIAL

VELOCIDAD

EVALUACION – VALORES RMS ZONA DESPLAZAMIENTO

32,57 [µm] 38,31 [µm]

ZONA

7,06 [mm/s] 7,7 [mm/s]

ZONA C ZONA C

-

-

-

-

-

-

-

-

1,84 [mm/s] 5,92 [mm/s]

ZONA A ZONA B

2,4 [µm] 5,64 [µm]

ZONA A ZONA A

1,88 [mm/s]

ZONA A

2,92 [µm]

ZONA A

1,47 [mm/s]

ZONA A

6,99 [µm]

ZONA A

0.97 [mm/s]

ZONA A

1,03 [µm]

ZONA A

ZONA A ZONA A

Tabla 13: Valores RMS, Motor Eb. III)

Medición en el espejo:

UBICACION AXIAL

VELOCIDAD 8,04 [mm/s]

EVALUACION - VALORES RMS ZONA DESPLAZAMIENTO ZONA C

Tabla 14: Valores 14: Valores RMS, espejo.

23,6 [µm]

ZONA ZONA A

 

38

3.8 Análisis de los resultados En lo estrictamente referido a la norma, los valores en rojo, es decir, los correspondientes a la zona D, son valores no permisibles que nos advierten de peligro en el funcionamiento de la máquina, por lo tanto deben generarse acciones correctivas a la brevedad. Como se puede apreciar no se encuentran valores de esta especie pero si podemos observar valores en color naranjo, que corresponde a la zona C que si nos advierten, que el uso prolongado en el tiempo podría generar problemas o daños, por lo tanto sería recomendable analizar las causas que provocan estos valores y realizar alguna corrección, para evitar posteriores problemas con la operación de la máquina.

Las zonas con mayores problemas según lo que se aprecia en las tablas 9, 10 y 11 son: Caso: Lado Babor Fundamento 1 : lado superior. En su Sentido Horizontal.

Foto 4: Medición 4: Medición Perpendicular en fundamento motor Bb.

Esta medición entrega valores peack bastante altos, en su sentido Perpendicular: 󰀭 

Velocidad: 26,73 mm/s.

󰀭 

Desplazamiento: 169,5 μm.

Pero en su valor RMS: Velocidad: 7,42 mm/s. 󰀭  Desplazamiento: 24,48 μm

󰀭 

󰀭 

 

39 Posibles causas de los altos valores vibratorios para el caso elegido: La medición, fue realizada como habíamos mencionado antes, en los apoyos directos que soportan al motor, razón por la cual este sitio seria uno de los más proclives a tener valores altos de vibración. Este apoyo corresponde al que está directamente bajo el motor por lo tanto es bastante probable que sea alto, pero nunca para que sobrepase los límites que nos dice la norma. La causa más común para esto es la falta de fijación y apriete en los apoyos, si el motor está apoyado en seis puntos basta que uno este mal fijado para que produzca efectos vibratorios como éste.

 

40 NOTA IMPORTANTE La mayoría de los resultados obtenidos fueron tomados cuando la embarcación estaba en sus viaje de prueba, por lo tanto es normal encontrarse con problemas como estos, los que pueden ser resanados durante los días posteriores, como fue en este caso en donde se realizo un ajuste detallado de todos los puntos que originaron vibración previos a la entrega final de esta embarcación.

 

41 CONCLUSIONES

Esta tesis pretende básicamente mostrar cómo realizar un medición In situ, las variables para esto son muchas, pero principalmente la dificultad de como decidir cuál es la norma que más conviene usar de acuerdo a la temática de nuestra medición, es la más influyente de todas. En nuestro caso, se consideraron diversos factores que determinaron elegir la norma 10816 en su parte 3, para evaluar la severidad vibracional, pero no se puede obviar que es una norma “general”, la cual engloba muchos tipos de máquinas, y por tanto en el ámbito naval su utilización a mi parecer podría ser limitado; debido principalmente a que contempla las partes no-rotativas de máquinas; es decir, cómo afectan en el entorno no móvil las vibraciones provenientes de estas. Además considerando el tamaño de la embarcación y su misión de trabajo, nos hizo menos complicado la elección de esta norma. Por otra parte se utilizará una norma que si está basada en el ámbito naval como lo es ISO 4867, ya que es la que entrega mejor base si se desea realizar una medición en la sala de máquinas de una embarcación, ¿pero que hubiese ocurrido si hubiese sido una embarcación para transporte de pasajeros?; Claramente no nos podemos conformar solo con estas normas, hubiésemos tenido que utilizar normas de mayor definición para este caso; ejemplo de esto es la norma ISO 6954, y si fuera una embarcación clasificada, es aún mayor la complejidad. Las mediciones de vibraciones son la mejor manera de verificar el correcto funcionamiento de la maquinaria, y como esta afecta el resto de las estructuras que las circundan. La lectura de los espectros y forma de onda de la medición, es un tema aparte que ha sido motivo de diferentes estudios por su complejidad. Cuando realizamos las mediciones, y si las realizamos de manera correcta y responsable obtendremos resultados, los cuales hasta ahora somos capaces de leer y comparar de acuerdo a normas que ya hemos mencionado. Pero la real dificultad esta cuando sabemos que hay resultados que están erróneos, por sobre los estándares normales de permisibilidad, y la mayoría de las veces no se conocen las causas que originan estos valores. Es entonces cuando se realiza el análisis espectral. La lectura de los espectros y de las formas de Onda, es la forma más clara de leer el porqué se presentan vibraciones elevadas, pero su entendimiento es muy complejo y se requiere de personal calificado que pueda entregar un informe detallado de lo que nos quiere decir el espectro, estos análisis son motivos de cursos especiales de certificación incluso de postgrados, debido a su complejidad. En esta tesis se presenta el rango de medición de 10 - 300 hz, y se dejan fuera los valores entre 10 – 1000 hz, ya estos últimos valores se mantienen en reserva para mantener la privacidad de los resultados, debido a que solo son aceptados los informes emitidos por entes reconocidos por casas clasificadoras. No obstante se obtuvo una tendencia de valores que de igual manera nos permiten entender a grandes rasgos que es lo que está ocurriendo en la máquina, y determinar zonas y valores peack.

 

42 Hay que agregar también que al revisar la evaluación las zonas de valores mayores que se encuentran; vale decir las naranjas, coinciden con los apoyos, y en los mamparos se encuentran los valores menores, es decir no existe compromiso estructural. Generalmente cuando una embarcación está realizando las pruebas de mar, es bastante frecuente encontrar problemas de vibraciones originados por una mala fijación, de los montajes de las maquinas, estos problemas la mayoría de las veces son fácilmente solucionables, otras veces las vibraciones están asociadas a desalineamientos del eje, y en ese caso corresponderá alinear, lo importante es siempre chequear, que estén siendo rectificadas para evitar futuros problemas en el funcionamiento.

Esta prueba de vibraciones fue necesaria para detectar algunas deficiencias en el montaje, las mismas que fueron subsanadas a la luz de las mediciones con los alineamientos y ajustes correspondientes; por esta razones la prueba de mediciones vibracionales se justifico plenamente considerándose como exitosa. No obstante; en lo personal el aprender la técnica de las mediciones

󰁉󰁮 󰁳󰁩󰁴󰁵

  ha sido

absolutamente esclarecedora en el sentido de mis proyecciones profesionales, en lo que respecta al área de los ensayos no destructivos en la ingeniería naval.

 

43 BIBLIOGRAFIA

Norma ISO 10816-3: ”Mechanical vibration – evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts” - part 3: industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal speeds between 120 r/min and 15000 r/min when measuremed In situ. 󰀭  Norma ISO 4867: ”Code for the measurement and reporting of shipboard vibration

󰀭 

󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭  󰀭 

data”. “La vibración mecánica y su aplicación al mantenimiento predictivo” : Autores: Genaro Mosquera, Margarita de la Victoria Piedra Diaz, Raúl Antonio Armas. “Vibraciones en sistemas mecánicos MS- 754”, Dr. Dr. Ing. Rodrigo Pascual, departamento de ingeniería mecánica Universidad de Chile. “Introducción al Análisis de Vibraciones” por Glenn White. “Tutorial de Vibraciones para Mantenimiento Mecánico”, realizado por A- MAQ. S.A. PPT:“Curso Balanceo” SKF. “Diagnostico de fallas mediante el análisis de Vibraciones”, de Bianchi- Falcinelli.

 

44 ANEXO I ACELEROMETRO.

Un acelerómetro es un instrumento sísmico lineal que utiliza elementos piezoeléctricos de tal manera que se genera una carga electrostática proporcional aplicada al instrumento sísmico. El instrumento sísmico a aquel, en el cual el movimiento vibratorio es medido de forma relativa, respecto a la masa de un sistema elástico fijo a la base oscilante. La cerámica cristalina o cristal piezoeléctrico, que produce la carga, actúa como un muelle. Cuando se le aplica una aceleración a la base esta hace variar las tenciones de las pastillas dando lugar a la de deformación formación de esta última. El movimiento acelerado aplicado a la base, hace que se desplace una magnitud λ  provocando la deformación ε  en el muelle (pastilla). El desplazamiento relativo de la masa sísmica respecto a la base es función de la aceleración aplicada, la rigidez del muelle, la propia masa, y el coeficiente de amortiguamiento entre la base y la masa.

Consideraciones: Sobre la elección del Acelerómetro. Velocidad de la máquina. Niveles Máximo/ Mínimo de la Vibración. Rango Completo de frecuencia. Limitaciones Tamaño/Peso. Rango de Temperatura. Ambiente químico. Ambiente eléctrico. Futuras necesidades de sensorización.

 

45 Sobre la Conexión. Largo del cable Ruteo del cable Sellado/ Inmersión. Conectores. Requerimientos del montaje. Mantenimiento del sistema. Fuentes de energía disponible.

 

46 ANEXO II MEDIDOR DE VIBRACIONES

 

47 ESPECIFICACIONES TECNICAS

 

48 ANEXO III CERTIFICADO DE CALIBRACION

 

49 ANEXO IV ESPECTROS A continuación se muestran algunos espectros de mayor interés. I)

Ubicación: Detrás de motor/ Lado Babor. Punto: Horizontal. Valor RMS: 4,3 μm. Espectro: Desplazamiento.

Frecuencia en



 

 

50 II)

Ubicación: Detrás de motor/ Lado Babor. Punto: Horizontal. Valor RMS: 2,62 mm/s Espectro: Velocidad.

 

51 III)

Ubicación: Detrás de motor/ Lado Estribor. Punto: Horizontal. Valor RMS: 38,3 μm. Espectro: Desplazamiento.

 

52 IV)

Ubicación: Detrás de motor/ Lado Estribor. Punto: Horizontal. Valor RMS: 7,7 mm/s Espectro: Velocidad.

 

53 V)

Ubicación: Fundamento 2 superior/ Lado Babor. Punto: Vertical. Valor RMS: 46,4 μm Espectro: Desplazamiento.

 

54 VI)

Ubicación: Fundamento 2 superior/ Lado Babor. Punto: Vertical. Valor RMS: 12,35 mm/s Espectro: Velocidad.

 

55 VII)

Ubicación: Fundamento 2 superior/ Lado Estribor. Punto: Vertical. Valor RMS: 2,4 μm Espectro: Desplazamiento.

 

56 VIII)

Ubicación: Fundamento 2 superior/ Lado Estribor. Punto: Vertical. Valor RMS: 1,84 mm/s Espectro: Velocidad.

 

57

ANEXO V NORMAS REFERENTES A VIBRACIONES ISO 2372-1974. 2372-1974. “Vibración mecánica de máquinas con velocidades de operación entre 10 y 200 rev/s. Bases para la especificación de estándares de evaluación”. ISO 3945. 3945. “Medida y evaluación de la severidad de vibración en grandes máquinas rotativas, in situ; velocidades de operación entre 10 y 200 rev/s”. ISO 10816 10816. . “Vibración mecánica. – Evaluación de la vibración en una máquina mediante medidas en partes no rotativas”. ISO 7919. 7919. “Vibración mecánica de máquinas no alternativas – Medidas en ejes rotativos y evaluación” ISO 10817-1. 10817-1. “Sistemas de medida de vibración en ejes rotativos, Parte 1: Señal relativa y absoluta de la vibración radial de ejes rotativos”. ISO 2373. 2373. “Vibración mecánica en cierta maquinaria eléctrica rotativa con alturas de eje entre 80 y 400 mm – Medida y evaluación de la severidad de vibración”. ISO 1925.“Vibraciones 1925.“Vibraciones Mecánicas – vocabulario, balanceando” ISO 1940/1 - VDI 2060 (Anexo I) “Recomendación I)  “Recomendación para evaluación de vibraciones mecánicas de máquinas” ISO 2372 - VDI 2056 (Anexo II)  II)  “Vibraciones mecánicas de máquinas con una velocidad de funcionamiento comprendida entre 600 y 1200 rpm”. ISO - DIN 2373 (Anexo III).  III).  “Vibraciones mecánicas de máquinas rotativas eléctricas con altura al eje entre 80 y 400 mm” ISO 7919. (Anexo VI).  VI).  “Vibración mecánica de máquinas no alternativas – Medidas y evaluación en ejes rotativos” ISO 2631 (Anexo VII).  VII).  “Evaluación de la exposición del cuerpo humano a las vibraciones” ISO 20806. “Balanceo 20806. “Balanceo de rotores in-situ” ISO 2631. “Evaluación 2631. “Evaluación de la exposición del cuerpo humano a las vibraciones” BRITISH STANDARD 4675. 4675. “Una base para evaluación comparativa de vibración en maquinarias”  maquinarias” 

 

58 ANEXO VI: TABLAS DE RESUMEN DE DIAGNOSTICO. Las tablas siguientes proporcionan un resumen de la mayoría de las informaciones acerca del diagnostico de máquinas, pero no pretender ser exhaustivas:

 

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