CARTILLA Numero 003 MBC, Acelermetros.

Acelermetros y puntos de medicin en mquinas rotativas

ElaborRevisAprob

NombreJorge Alexander PrietoIng. Henry Matallana

CargoMecnico Mantenimiento Basado en Condicin.

Jefe de Mantenimiento Mecnico Conversin

Firma

CONTENIDO

Introduccin3Medicin de vibracin 5Transductores de medicin de vibracin6Acelermetros7Ubicacin de los Puntos de Prueba9

INTRODUCCION

El objetivo de esta cartilla es realizar una introduccin a las diferentes tcnicas, y equipos de instrumentacin existentes en la actualidad, para realizar la medicin de Vibracin Mecnica en diferentes sistemas o maquinarias, tales como mquinas rotatorias. Se describen los conceptos relacionados con la medicin de vibracin, los diferentes transductores y sus principios de funcionamiento, sus aplicaciones, sus ventajas y desventajas.

Anlisis.

La esencia del estudio de vibraciones es realizar el anlisis de las mismas. El anlisis de datos consta de dos etapas: adquisicin e interpretacin de los datos obtenidos al medir la vibracin de la mquina.

La adquisicin de datos es el primer y principal paso a dar para hacer un anlisis de vibraciones. Los datos a tomar, desplazamiento, velocidad o aceleracin dependeran de la velocidad de la mquina, de acuerdo con su relacin equivalente de frecuencia (rpm= cpm).

Determinacin de posicin y direccion de las medidas con los transductores, la vibracin se tomar generalmente en rodamientos de la mquina o puntos donde sea ms probable un fallo por acoplamiento, equilibrio, puntos donde se transmitan fuerzas vibratorias.

Los tres sentidos principales en una medicin son horizontal, vertical y axial. Sentidos radiales son horizontal y vertical, y se toman con ele eje del transductor a 90; respecto al eje de rotacin, como se observa en la figura.

Seleccin del instrumento de medicin.

Determinacin del tipo especifico de datos requeridos para la interpretacin de las medidas realizadas.

Toma de datos. Paso esencial en el anlisis, precisa de atencin y fiabilidad de las medidas tomadas.

A la hora de la adquisicin de datos es importante tener en cuenta.

El lugar de la toma de datos en mquinas siempre debe ser el mismo, con el transductor unido en una forma firme, para la veracidad de los datos. Medir siempre bajo las mismas condicines de vel.ocidad. Medir bajo la misma condicin de carga.en ocasiones no tiene que ser la mxima, pero si representativa del proceso, debe poder repetirse. Medir bajo temperatura de operacin normal. Con calibracin vigente del sensor o los sensores de vibracin. Minimizar los esfectos, que tiene el metodo de colocacin y fijacin del sensor a la superficie de la mquina. Segumiento de la mquina, es decir, mantener un contacto con los operarios que trabajan con ella y las personas encargadas del mantenimiento. Controlar el entorno exterior de la mquina: aspecto, ruido, etc. Atender tendencias inesperadas. Estar preparado para tomar ms datos, medidas cuando pueda haber signos de algn problema. Mantener datos coherentes, tomados con precisin.

Medicin de Vibracin.

La medicin de la Vibracin se puede definir como el estudio de las oscilaciones mecnicas de unsistema dinmico. Las mediciones de vibracin deben ser hechas con la finalidad de producir los datos necesarios, para realizar significativas conclusiones del sistema bajo prueba. Estos datos pueden ser usados para minimizar o eliminar la vibracin, y por tanto eliminar el ruido resultante. En algunas aplicaciones, el ruido no es el parmetro a controlar, sino la calidad del producto obtenido por el sistema.

Un sistema de medicin y procesamiento de seales de vibracin por computadora tpico, est formado por:

a. Los transductores de vibraciones (Acelermetros, LVDTs, Sondas de Corriente Eddy) los cuales son los encargados de transformar las vibraciones en seales elctricas.b. Un sistema de acondicionamiento de seal, el cual se encarga de recoger las diferentes seales, amplificarlas y llevarlas a los niveles de tensin aceptados por el sistema de adquisicin de datos.c. La tarjeta de adquisicin de datos, la cual se encarga de digitalizar la seal, realizando para ello, un muestreo discreto de la seal analgica proveniente del acondicionamiento de seal, y de introducirla al computador donde se realizan diferentes tipos de procesamiento para obtener toda la informacin que se requiere para el anlisis y monitoreo de las vibraciones de las mquinas.

Figura N 4. Sistema de Monitoreo y Control de Vibracin en Computadora, a travs de una tarjeta de Adquisicin de datos, Acondicionamiento de Seal y Transductores

Transductores de medicin de vibracin

Los transductores de vibracin son empleados para medir la velocidad lineal, desplazamiento, proximidad, y tambin la aceleracin de sistemas sometidos a vibracin. En general, los transductores empleados en el anlisis de vibracin, convierten la energa mecnica en energa elctrica, lo que significa que producen una seal elctrica la cual est en funcin de la vibracin.

Estos pueden ser usados aisladamente, o en conjunto con un sistema de adquisicin de datos. Se pueden encontrar en diversas presentaciones que pueden ser, elementos sensores simples, transductores encapsulados, o ser parte de un sistema sensor o instrumento, incorporando caractersticas tales como totalizacin, visualizacin local o remota y registro de datos. Los transductores de vibracin pueden tener de uno a tres ejes de medicin, siendo estos ejes ortogonales. Al momento de seleccionar transductores de vibracin es necesario considerar cinco caractersticas principales a saber:

rango de medicin, rango de frecuencia, precisin, sensibilidad transversal y condiciones ambientales.

El rango de medicin puede ser en unidades g para la aceleracin, en pulgadas/sec para velocidad lineal (y otras distancias en el tiempo), y pulgadas u otras distancias para desplazamiento y proximidad. La frecuencia es medida en Hz, (Hertz) la precisin es comnmente representada como un porcentaje del error permisible sobre el rango completo de medicin del dispositivo. La sensibilidad transversal se refiere al efecto que una fuerza ortogonal puede ejercer sobre la fuerza que se est midiendo, sta sensibilidad tambin se representa como un porcentaje del fondo escala de la interferencia permisible.

Para las condiciones ambientales, se deben considerar variables tales como la temperatura de operacin y la mxima fuerza de vibracin y choque, que el transductor ser capaz de manejar.A continuacin se muestran los diferentes tipos de transductores usados para la medicin de vibracin en nuestra rea de Conversin.

Transductores de AceleracinAcelermetros Piezoelctricos

Acelermetros

Los acelermetros son dispositivos para medir aceleracin y vibracin. Estos dispositivos convierten la aceleracin de gravedad o de movimiento, en una seal elctrica analgica proporcional a la fuerza aplicada al sistema, o mecanismo sometido a vibracin o aceleracin. Esta seal analgica indica en tiempo real, la aceleracin instantnea del objeto sobre el cual el acelermetro est montado.

Los acelermetros miden la aceleracin en unidades g. Un g se define como la fuerza gravitacional de la tierra aplicada sobre un objeto o persona.

Los acelermetros son direccionales, esto quiere decir que slo miden aceleracin en un eje. Paramonitorear aceleracin en tres dimensiones, se emplea acelermetros multi-ejes (ejes x,y,z), los cuales son ortogonales. Existen dos tipos de acelermetros a saber: pasivos y activos.

Los acelermetros pasivos envan la carga generada por el elemento sensor (puede ser un materialpiezoelctrico), y debido a que esta seal es muy pequea, estos acelermetros requieren de unamplificador para incrementar la seal. Los acelermetros activos incluyen circuitos internos paraconvertir la carga del acelermetro a una seal de voltaje, pero requieren de una fuente constante de corriente para alimentar el circuito.

Las opciones de salida elctrica dependen del sistema utilizado con los acelermetros. Las opcionesanalgicas comunes son voltaje, corriente, y frecuencia. Las opciones digitales son las seales paralelas y seriales. Otra opcin es usar acelermetros con una salida de cambio de estado de switches o alarmas.

Figura N 5. Apariencia Fsica de un Acelermetro

Acelermetros Piezoelctricos

Este tipo de acelermetros aprovechan los fenmenos piezoelctricos en algunos materiales, paragenerar una seal elctrica proporcional, a la aceleracin de la vibracin a la que son sometidos. Elelemento activo del acelermetro es un cristal piezoelctrico pegado a una masa conocida. Un lado del cristal esta conectado a un poste rgido en la base del sensor. En el otro lado se encuentra adjunto un material llamado masa ssmica. Cuando el acelermetro se encuentra sometido a vibracin, se genera una fuerza, la cual acta sobre el elemento piezoelctrico. Esta fuerza es igual al producto de la aceleracin por la masa ssmica. Debido al efecto piezoelctrico, se genera una salida de carga proporcional a la fuerza aplicada. Puesto que la masa ssmica es constante, la seal de salida de carga es proporcional a la aceleracin de la masa. Sobre un amplio rango de frecuencia tanto la base del sensor como la masa ssmica tienen la misma magnitud de aceleracin, all el sensor mide la aceleracin del objeto bajo prueba.

Existen diversos materiales de cristales piezoelctricos, que son tiles en la construccin de acelermetros. Entre los materiales ms comunes se tiene Metaniobato cermico, Zirconato, Titanato y cristales naturales de cuarzo. Existen tambin, diferentes configuraciones mecnicas de las masas y cristales dentro de la carcasa del acelermetro. Las configuraciones tpicas incluyen compresin aislada, esquila, y esquila en anillo.

Los acelermetros piezoelctricos son extremadamente verstiles y ampliamente usados para la supervisin de maquinarias industriales. Los acelermetros industriales tpicos miden niveles devibracin en micro-gs desde 60 c.p.m. hasta unos 900,000 c.p.m. (1 a 15,000 Hz).

Figura 6. Acelermetro Piezoelctrico

Comparados con otros tipos de transductores, los acelermetros piezoelctricos tienen las siguientes ventajas:

Un rango de medicin bastante elevado, bajo ruido de salida Excelente linealidad en todo su rango dinmico Amplio rango de frecuencias Tamao Compacto No lleva partes movibles Auto-generacin No se requiere alimentacin externa

Aspectos Prcticos en la Medicin de Vibracin

Ubicacin de los Puntos de Prueba

En general es deseable colocar el transductor de prueba lo ms cerca posible del rodamiento, con metal slido entre el rodamiento y el sensor. Se debe evitar la colocacin en las gorras de rodamientos, ya que son hechas de metal delgado y conducen muy poco la energia de vibracin. Si es posible habr que seleccionar los lugares de ubicacin de tal manera que no haya juntas entre metal y metal, entre el rodamiento y el sensor. La junta entre la campana y el carter del estator de un motor es un ejemplo de esto. Carteres de ventiladores y las extremidades de motores se deben evitar.

Ubicaciones de Acelermetros

Orientacin de los Sensores de VibracinEn cualquier programa de monitoreo de mquinas, el hecho que los datos sean recopilados de manera exactamente igual cada vez que se hace una medicin es extremadamente importante. Eso para asegurar que los datos se pueden repetir y que se pueda establecer una tendencia en el tiempo. Por esa razn no se recomienda el uso de transductores manuales. Los datos los ms confiables se recopilan cuando el transductor est montado con botn en la superficie de la mquina.

Mediciones TriaxialesPara ayudar en la determinacin de problemas de mquinas es muy til obtener datos de vibracin de cada punto de medicin en tres direcciones. Esas direcciones se llaman Axial, Radial, y Tangencial. Axial es la direccin paralela a la flecha, radial es la direccin desde el transductor hacia el centro de la flecha, y tangencial es 90 grados de radial, tangente a la flecha.

Alineacin de ejes de vibracin.

Direcciones ortogonales quiere decir que los ejes sensitivos de los tres aceler-metros se encuentran en ngulos derechos el uno del otro

Con los recopiladores de datos de vibracin, se recopilan los datos con un acelermetro triaxial a 3 canales. Realmente son tres transductores en un crter y estn orientados en las tres direcciones. ortogonales llamadas radial, tangencial y axial. El transductor est montado por medio de un tornillo a casquillo en un cojn de montaje de bronce especialmente diseado. El diseo del cojn asegura que el sensor estar orientado en la misma direccin. Los canales 1, 2 y 3 del sensor pueden estar a diferentes ejes de medicin con respecto a la mquina. Por ejemplo: si el sensor est montado encima de un crter de rodamiento de una flecha horizontal, el canal 1 sera orientado verticalmente, el canal 2 podra ser orientado horizontalmente a 90 grados al eje de la flecha, y el canal 3 podra ser orientado horizontalmente paralelo al eje de la flecha. Esas direcciones se llaman Radial, Tangencial, y Axial, respectivamente. El archivo inicial de la mquina usa la abreviacin RTA para este tipo de montaje. Si el sensor girara 90 grados alrededor de su eje vertical, la orientacin se llamara RAT. Es muy importante que el programa conozca la orientacin exacta del sensor. Esta informacin es parte de la Gua de Pruebas y Anlisis de Vibraciones, para la mquina, as como lo describimos en la pgina .Ejemplos de Orientacin.El diagrama siguiente ensea las seis orientaciones del sensor para una mquinaoriginal.

Para mquinas verticales R es Radial, T es tangencial y A es vertical.Ventajas:Amplio rango de frecuencia.Gran rango de amplitudBuena tolerancia a la temperatura.Robustos y diseados para una amplia gama de aplicaciones.Pueden dar respuestas en velocidad y desplazamiento, por medio de integracin interna.Permanecen estables. Pueden ser calibrados cada largo tiempo. Misma vibracin, lamisma seal.

Desventajas:No responde por debajo de 1 Hz

Desequilibrio

Esta es una de las causas ms probable de que exista vibracin en las mquinas, en casi todos los elementos es fcil encontrar un pico en el grfico de amplitud frente a frecuencia, que denote un pequeo desequilibrio.

Para conocer la cantidad de desequilibrio hay que encontrar la amplitud en la frecuencia igual a 1* rpm. La amplitud es proporcional a la cantidad de desequilibrio. Normalmente, la amplitud de vibracin es mayor en sentido radial (horizontal y vertical) en las mquinas con ejes horizontales. Aunque la forma de la grfica sea igual en los tres sentidos.

Desalineacin

Es un problema comn debido a la dificultad de alinear dos ejes y sus rodamientos de forma que no se originen fuerzas que produzcan vibraciones.

La forma de vibracin de un eje torcido es similar a una mala alineacin angular.

La amplitud es proporcional a la gravedad del defecto, en este caso desalineacin. Este fallo puede presentar alta vibracin en sentido axial adems de radial. As siempre que exista una alta vibracin axial y radial, y si la axial es mayor que la mitad de la radial puede existir un problema de desalineacin o ejes torcidos.

La falta de alineacin angular da como resultado vibracin en sentido axial en los dos ejes.

Sensores utilizados en conversin:

Vib 8.607 -1.5

Descripcin:

Sondas de temperatura para PRFTECHNIK colectores de datos incluyen un termopar tipo K, que puede ser utilizado para las mediciones de temperatura de hasta 500 C.

Aplicacin:La temperatura de la sonda VIB 8.605 es una pieza de recambio para VIBROTIP o incorporado en la sonda de temperatura VIBSCANNER. Puede ser fcilmente sustituida por pulsando un botn. Su cuello flexible, de goma permite un contacto ptimo con la posicin de medicin y las mediciones de temperatura en lquidos.La sonda de temperatura con soporte magntico VIB 8.607-1,5 se utiliza para llegar a los lugares de medicin poco accesibles, que no son accesibles con VIBROTIP o incorporado en la sonda de temperatura VIBSCANNER. El poderoso imn para el montaje hace extremadamente sencilla y rpida.La temperatura de la sonda de mano VIB 8.608 mide hasta 500 C. La punta de la larga y estrecha de la sonda permite realizar mediciones incluso en lugares de difcil acceso.NotasSe aplica a VIB 8.607-1,5:Durante el transporte / almacenamiento una arandela de acero como un carril de cortocircuito est montado sobre las piezas polares.La hoja de datos de seguridad est disponible a peticin (info@pruftechnik.com) o en Internet (www.pruftechnik.com

Vib8.666R

Aplicacin:Estos acelermetros son adecuados para la medicin de vibraciones hasta 10 kHz en la maquinaria, con velocidades de rotacin superiores a los 600 min-1, para la medicin del pulso de choque en los rodamientos de rodillos y para las mediciones de la cavitacin en las bombas.

La adquisicin de la seal y el procesamiento se realiza con un colector de PRFTECHNIK de datos (por ejemplo, VIBSCANNER, VIBXPERT II, VIBROTIP).El acelermetro se bloquea en el montante correspondiente a travs de su acoplamiento rpido ajuste en la posicin ptima y con una presin constante. El acoplamiento rgido para el esprrago ofrece una transmisin ptima de las seales de vibracin y la demora (de impulsos de choque).Volumen de suministroVIB 8.666 R acelermetro rpido ajuste w / o por cableVIB 321926-2 espiral por cable con enchufe de QLApieza de recambioVIB 8.666 R acelermetro rpido ajuste w / o por cable

Vib 6.142R

Aplicacin:

Este acelermetro es adecuado para mediciones de vibracin de hasta 20 kHz en la maquinaria, con velocidades de rotacin superiores a los 600 min-1, para la medicin del pulso de choque en los rodamientos de rodillos y para las mediciones de la cavitacin en las bombas.

El acelermetro se utiliza principalmente para la recoleccin de datos en un entorno industrial. La adquisicin de la seal y el procesamiento se realiza con un colector de PRFTECHNIK de datos (por ejemplo, VIBSCANNER, VIBXPERT II, VIBROTIP).Accesorios de instalacinVIB 3.420 Soporte magntico para superficies curvas

Material de instalacin para que el adhesivo de montaje:Pegamento de 2 componentes (por ejemplo, WEICON HB 300).

VIB 3.420: Soporte magntico para superficies curvas, M5 rosca interna

Aplicacin:Durante las mediciones mviles soportes magnticos puede ser utilizado para fijar los acelermetros fcil y segura a los lugares de medicin con una base ferromagntico.El adaptador de VIB 3.420 magntica ofrece una sujecin segura en ambas superficies curvas y planas.NotasMediciones de impulsos de choque (de los cojinetes antifriccin y cavitacin de la bomba) no se puede realizar utilizando soportes magnticos.Durante el transporte / almacenamiento una arandela de acero como un carril de cortocircuito est montado sobre las piezas polares.La hoja de datos de seguridad est disponible a peticin (info@pruftechnik.com) o en Internet (www.pruftechnik.com).

7. Sitios Web Recomendados http://www.sensonics.co.uk/VibBook001.pdf http://www.engr.sjsu.edu/bjfurman/courses/ME120/me120pdf/VibrationMeasurement.pdf http://www.point-source.com/VibrationMeasurement.asp http://www.vmiab.com/index.htm http://www.navcon.com/PSV.htm http://www.guemisa.com.pdf

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