11ERER CONGRESO DE CONGRESO DE MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO

INDUSTRIAL INDUSTRIAL

ANÁLISIS DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN EL VIBRACIONES EN EL

MANTENIMIENTOMANTENIMIENTOM.C. FRANCISCO L. RODRÍGUEZ BONILLAM.C. FRANCISCO L. RODRÍGUEZ BONILLAPROF. DE TIEMPO COMPLETO DE LA CARRERA DE PROF. DE TIEMPO COMPLETO DE LA CARRERA DE

MANTENIMIENTO INDUSTRIALMANTENIMIENTO INDUSTRIALUNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTAROUNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO

SAN JUAN DEL RÍO, QRO. 15 DE AGOSTO 2008.SAN JUAN DEL RÍO, QRO. 15 DE AGOSTO 2008.

CONTENIDOCONTENIDO

• 1. Introducción1. Introducción• 2. El mantenimiento2. El mantenimiento• 3. Vibraciones mecánicas3. Vibraciones mecánicas• 4. Fundamentos del Análisis de 4. Fundamentos del Análisis de

VibracionesVibraciones• 5. Conclusiones5. Conclusiones

1. Introducción1. Introducción

Tres conceptos clavesTres conceptos claves

• Mantenimiento, vibraciones, Mantenimiento, vibraciones, economía economía son tres palabras íntimamente son tres palabras íntimamente relacionadas y de total vigencia actual.relacionadas y de total vigencia actual.

• Durante mucho tiempo se desconoció la Durante mucho tiempo se desconoció la importancia y la necesidad de aprovechar importancia y la necesidad de aprovechar las vibraciones generadas por la las vibraciones generadas por la maquinaria industrial para evaluar su maquinaria industrial para evaluar su estado mecánico.estado mecánico.

• Sin embargo, en los últimos años se ha Sin embargo, en los últimos años se ha tomado conciencia de la importancia de tomado conciencia de la importancia de esta relación.esta relación.

Mantenimiento y Mantenimiento y economíaeconomía

• Aunque se sabe que el mantenimiento afecta Aunque se sabe que el mantenimiento afecta directamente a la economía, este efecto puede directamente a la economía, este efecto puede ser de forma rentable u ocasionar pérdidas ser de forma rentable u ocasionar pérdidas considerables, ya que la intervención de una considerables, ya que la intervención de una máquina cuyo estado técnico no justifique máquina cuyo estado técnico no justifique dicha acción puede ocasionar pérdidas dicha acción puede ocasionar pérdidas irreversibles.irreversibles.

Fallo catastróficoFallo catastrófico

• Igualmente, la presencia Igualmente, la presencia incontrolable de vibraciones en una incontrolable de vibraciones en una máquina hace inminente su fallo máquina hace inminente su fallo catastrófico debido al efecto en catastrófico debido al efecto en cadena que produce la proliferación cadena que produce la proliferación de las fuerzas dinámicas, todo lo de las fuerzas dinámicas, todo lo cual lleva a tener pérdidas cual lleva a tener pérdidas económicas incuestionables.económicas incuestionables.

Máquinas críticasMáquinas críticas

• Sin embargo, la relación Sin embargo, la relación mantenimiento-vibracionesmantenimiento-vibraciones aporta grandes beneficios, siempre aporta grandes beneficios, siempre que el Diagnóstico y las Técnicas que el Diagnóstico y las Técnicas Predictivas se apliquen a aquellas Predictivas se apliquen a aquellas máquinas que por su importancia máquinas que por su importancia dentro del flujo tecnológico así lo dentro del flujo tecnológico así lo requieran (máquinas críticas).requieran (máquinas críticas).

Objetivo de la pláticaObjetivo de la plática

• Esta plática tiene el objetivo de Esta plática tiene el objetivo de proporcionar un acercamiento proporcionar un acercamiento general a lo que es el Mantenimiento general a lo que es el Mantenimiento Predictivo en la industria, y en Predictivo en la industria, y en particular a una de sus técnicas más particular a una de sus técnicas más importantes como es el importantes como es el Análisis de Análisis de VibracionesVibraciones..

2. El 2. El mantenimientomantenimiento

Labores de mantenimiento.

El mantenimiento es vital para las empresas.

Mantenimiento Mantenimiento CorrectivoCorrectivo

• Tradicionalmente, en la industria la Tradicionalmente, en la industria la actividad del mantenimiento se ha llevado a actividad del mantenimiento se ha llevado a cabo en base a dos estrategias cabo en base a dos estrategias fundamentales. Por un lado, la maquinaria fundamentales. Por un lado, la maquinaria es operada en forma continua, según lo es operada en forma continua, según lo requiera el régimen de trabajo de la requiera el régimen de trabajo de la industria en cuestión, efectuándose la industria en cuestión, efectuándose la intervención de mantenimiento, sólo cuando intervención de mantenimiento, sólo cuando se presenta una avería en la máquina. A se presenta una avería en la máquina. A esta estrategia se le conoce como esta estrategia se le conoce como Mantenimiento Correctivo.Mantenimiento Correctivo.

Mantenimiento Mantenimiento PreventivoPreventivo

• Por otro lado, en otros tipos de Por otro lado, en otros tipos de máquinas el mantenimiento se aplica máquinas el mantenimiento se aplica cada ciertos intervalos de tiempo que cada ciertos intervalos de tiempo que se pueden definir de acuerdo a se pueden definir de acuerdo a recomendaciones del fabricante, recomendaciones del fabricante, frecuencia de fallos, métodos basados frecuencia de fallos, métodos basados en la confiabilidad, etc., lo que en la confiabilidad, etc., lo que evidencia una estrategia de evidencia una estrategia de Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Preventivo Planificado.Planificado.

Mantenimiento Mantenimiento PredictivoPredictivo

Consistente en la detección y diagnóstico de Consistente en la detección y diagnóstico de averías antes de que se produzcan. De tal averías antes de que se produzcan. De tal forma pueden programarse los paros para forma pueden programarse los paros para reparaciones en los momentos oportunos. La reparaciones en los momentos oportunos. La filosofía de este tipo de mantenimiento se basa filosofía de este tipo de mantenimiento se basa en que normalmente las averías no aparecen de en que normalmente las averías no aparecen de repente, sino que tienen una evolución. Así repente, sino que tienen una evolución. Así pues el Mantenimiento Predictivo se basa en pues el Mantenimiento Predictivo se basa en detectar estos defectos con antelación para detectar estos defectos con antelación para corregirlos y evitar paros no programados, corregirlos y evitar paros no programados, averías importantes y accidentes. averías importantes y accidentes.

Beneficios del Beneficios del Mantenimiento PredictivoMantenimiento Predictivo

• Entre los beneficios de su aplicación Entre los beneficios de su aplicación tenemos:tenemos:

• a) Reducción de paros; a) Reducción de paros; • b) Ahorro en los costos de mantenimiento;b) Ahorro en los costos de mantenimiento;• c) Alargamiento de vida de los equipos;c) Alargamiento de vida de los equipos;• d) Reducción de daños provocados por d) Reducción de daños provocados por

averías;averías;• e) Reducción en el número de accidentes;e) Reducción en el número de accidentes;• f) Más eficiencia y calidad en el f) Más eficiencia y calidad en el

funcionamiento de la planta;funcionamiento de la planta;• g) Mejoras de relaciones con los clientes, al g) Mejoras de relaciones con los clientes, al

disminuir o eliminar los retrasos.disminuir o eliminar los retrasos.

Parámetros a medirParámetros a medir

• Las Tecnologías Predictivas se basan en Las Tecnologías Predictivas se basan en la interpretación de los resultados de la interpretación de los resultados de las mediciones de diversos parámetros las mediciones de diversos parámetros que caracterizan el comportamiento de que caracterizan el comportamiento de la maquinaria industrial, lo cual la maquinaria industrial, lo cual permitirá realizar un diagnóstico eficaz permitirá realizar un diagnóstico eficaz del estado de la máquina y de sus del estado de la máquina y de sus componentes. Entre estos parámetros componentes. Entre estos parámetros se encuentran las vibraciones y la se encuentran las vibraciones y la temperatura.temperatura.

Tecnologías PredictivasTecnologías Predictivas

• Entre las tecnologías utilizadas para Entre las tecnologías utilizadas para el monitoreo predictivo tenemos:el monitoreo predictivo tenemos:

• a) Análisis de vibraciones;a) Análisis de vibraciones;• b) Termografía;b) Termografía;• c) Análisis de muestras de c) Análisis de muestras de

lubricantes; y,lubricantes; y,• d) Análisis de las respuestas d) Análisis de las respuestas

acústicas (ultrasonido).acústicas (ultrasonido).

Medición de vibraciones

Ejemplo de un espectro

Forma de onda

Termografía

Imágenes termográficasImágenes termográficas

Gran diversidad de maquinaria, como una turbina

PMPPMP

• Se conoce por Programa de Se conoce por Programa de Mantenimiento Predictivo o PMP, a Mantenimiento Predictivo o PMP, a aquel que está formado por tres aquel que está formado por tres etapas imprescindibles:etapas imprescindibles:

• a) a) deteccióndetección,,• b) b) identificaciónidentificación y y • c) c) correccióncorrección..

DetecciónDetección

• Es el primer paso del PMP y se Es el primer paso del PMP y se realiza haciendo un seguimiento de realiza haciendo un seguimiento de la evolución de uno o varios la evolución de uno o varios parámetros elegidos dependiendo de parámetros elegidos dependiendo de su sensibilidad para detectar los su sensibilidad para detectar los cambios en la condición de la cambios en la condición de la máquina.máquina.

IdentificaciónIdentificación

• Cuando se tiene detectado el Cuando se tiene detectado el problema en la máquina, se procede problema en la máquina, se procede a identificar la causa del mismo, es a identificar la causa del mismo, es decir, se trata de identificar qué decir, se trata de identificar qué elemento o elementos están elemento o elementos están originando que los niveles de originando que los niveles de vibración aumenten respecto a los vibración aumenten respecto a los niveles que indican una condición niveles que indican una condición normal.normal.

CorrecciónCorrección

• Cuando se conoce la causa del problema Cuando se conoce la causa del problema y su localización precisa, se procede a y su localización precisa, se procede a realizar actividades planificadas con el fin realizar actividades planificadas con el fin de eliminar eficaz y eficientemente el de eliminar eficaz y eficientemente el problema y sus causas. El hecho de que problema y sus causas. El hecho de que se puedan identificar adecuadamente los se puedan identificar adecuadamente los problemas incluso en una etapa inicial, es problemas incluso en una etapa inicial, es muy importante ya que así se pueden muy importante ya que así se pueden planificar oportunamente las labores de planificar oportunamente las labores de mantenimiento, y de esta forma disminuir mantenimiento, y de esta forma disminuir al máximo los costos por este concepto.al máximo los costos por este concepto.

¿Para qué tener un PMP?¿Para qué tener un PMP?

• En general, el PMP ayuda En general, el PMP ayuda inicialmente a conocer el comienzo inicialmente a conocer el comienzo de una avería potencial a la vez que de una avería potencial a la vez que permite conocer las causas del permite conocer las causas del problema que se está desarrollando, problema que se está desarrollando, para finalmente determinar el para finalmente determinar el momento preciso en que hay que momento preciso en que hay que intervenir la máquina para corregir intervenir la máquina para corregir el problema detectado.el problema detectado.

Implantación de un PMPImplantación de un PMP

• Para que el mantenimiento Para que el mantenimiento predictivo sea exitoso debe predictivo sea exitoso debe planearse cuidadosamente, proceso planearse cuidadosamente, proceso que debe pasar por diversas fases, que debe pasar por diversas fases, como se muestra en la figura como se muestra en la figura siguiente.siguiente.

Fases de un PMPFases de un PMP

3. Vibraciones 3. Vibraciones mecánicasmecánicas

¿Qué es una vibración?¿Qué es una vibración?

• En su forma más sencilla, una vibración se En su forma más sencilla, una vibración se puede considerar como la oscilación o el puede considerar como la oscilación o el movimiento repetitivo de un objeto movimiento repetitivo de un objeto alrededor de una posición de equilibrio.alrededor de una posición de equilibrio.

• La posición de equilibrio es a la que llegará La posición de equilibrio es a la que llegará cuando la fuerza que actúa sobre él sea cuando la fuerza que actúa sobre él sea cero. Este tipo de vibración se llama cero. Este tipo de vibración se llama vibración de cuerpo entero, lo que quiere vibración de cuerpo entero, lo que quiere decir que todas las partes del cuerpo se decir que todas las partes del cuerpo se mueven juntas en la misma dirección en mueven juntas en la misma dirección en cualquier momento. cualquier momento.

VibraciónVibración

• La vibración también se puede La vibración también se puede definir en forma sencilla como:definir en forma sencilla como:

• Un cambio temporal y periódico de Un cambio temporal y periódico de una masa. Es un movimiento del una masa. Es un movimiento del equipo.equipo.

Vibraciones en la vida Vibraciones en la vida diariadiaria

Otros aspectos de las Otros aspectos de las vibracionesvibraciones

Aprovechamiento de las Aprovechamiento de las vibracionesvibraciones

Criba vibratoria y aplanadora o apisonadora

Efectos negativos de las Efectos negativos de las vibracionesvibraciones

Niveles de vibraciónNiveles de vibración

Movimiento vibratorio de Movimiento vibratorio de un cuerpoun cuerpo

• El movimiento vibratorio de un cuerpo El movimiento vibratorio de un cuerpo entero se puede describir completamente entero se puede describir completamente como una combinación de movimientos como una combinación de movimientos individuales de 6 tipos diferentes. Esos individuales de 6 tipos diferentes. Esos son traslaciones en las tres direcciones son traslaciones en las tres direcciones ortogonalesortogonales x, y, y z, y rotaciones x, y, y z, y rotaciones alrededor de los ejes x, y, y z. Cualquier alrededor de los ejes x, y, y z. Cualquier movimiento complejo que el cuerpo pueda movimiento complejo que el cuerpo pueda presentar se puede descomponer en una presentar se puede descomponer en una combinación de esos seis movimientos. combinación de esos seis movimientos.

Traslaciones y rotacionesTraslaciones y rotaciones

Grados de libertadGrados de libertad

• De un cuerpo cualquiera se dice que posee De un cuerpo cualquiera se dice que posee seis grados de libertad en el espacio. Por seis grados de libertad en el espacio. Por ejemplo, un barco se puede mover desde ejemplo, un barco se puede mover desde adelante hacia atrás (ondular) desde abajo adelante hacia atrás (ondular) desde abajo hacia arriba y de babor hacia estribor. hacia arriba y de babor hacia estribor. También puede girar en el sentido de la También puede girar en el sentido de la longitud (rodar), girar alrededor del eje longitud (rodar), girar alrededor del eje vertical (colear), y girar alrededor del eje vertical (colear), y girar alrededor del eje babor-estribor.babor-estribor.

Ejemplos de grados de Ejemplos de grados de libertadlibertad

• Supóngase que a un objeto se le impide Supóngase que a un objeto se le impide el movimiento en cualquier dirección el movimiento en cualquier dirección excepto una. Por ejemplo un excepto una. Por ejemplo un péndulopéndulo de de un reloj solamente se puede mover en un un reloj solamente se puede mover en un plano. Por eso, se dice que es un plano. Por eso, se dice que es un sistema con un grado único de sistema con un grado único de libertad. libertad. Otro ejemplo de un sistema Otro ejemplo de un sistema con un grado único de libertad es un con un grado único de libertad es un elevador que se mueve hacia arriba y elevador que se mueve hacia arriba y hacia abajo en el cubo del elevador. hacia abajo en el cubo del elevador.

Sistemas con un grado Sistemas con un grado de libertadde libertad

Causa de la vibraciónCausa de la vibración

• La vibración de un objeto es causada La vibración de un objeto es causada por una fuerza de por una fuerza de excitación. excitación. Esta Esta fuerza se puede aplicar externamente fuerza se puede aplicar externamente al objeto o puede tener su origen al objeto o puede tener su origen adentro del objeto. La proporción adentro del objeto. La proporción ((frecuenciafrecuencia) y la magnitud de la ) y la magnitud de la vibración de un objeto dado, están vibración de un objeto dado, están completamente determinados por la completamente determinados por la fuerza de fuerza de excitaciónexcitación, su dirección y , su dirección y frecuencia. frecuencia.

Fuerzas de excitaciónFuerzas de excitación

• Esa es la razón porque un análisis de Esa es la razón porque un análisis de vibración puede determinar las vibración puede determinar las fuerzas de excitación actuando en fuerzas de excitación actuando en una máquina. Esas fuerzas dependen una máquina. Esas fuerzas dependen del estado de la máquina, y el del estado de la máquina, y el conocimiento de sus características conocimiento de sus características e interacciones permite diagnosticar e interacciones permite diagnosticar un problema de la máquina. un problema de la máquina.

Movimiento armónico Movimiento armónico simplesimple

• El movimiento más sencillo que pueda El movimiento más sencillo que pueda existir es el movimiento en una existir es el movimiento en una dirección, de una masa controlada por dirección, de una masa controlada por un resorte único. Este sistema un resorte único. Este sistema mecánico se llama mecánico se llama sistema resorte-sistema resorte-masamasa, con un grado único de libertad. , con un grado único de libertad. Si se desplaza la masa, hasta una cierta Si se desplaza la masa, hasta una cierta distancia del punto de equilibrio, y distancia del punto de equilibrio, y después se suelta, el resorte la después se suelta, el resorte la regresará al equilibrio. regresará al equilibrio.

Sistema resorte – masa oscilando.

Representación gráficaRepresentación gráfica

• La siguiente figura muestra la gráfica que se La siguiente figura muestra la gráfica que se obtendría al registrar el desplazamiento de la obtendría al registrar el desplazamiento de la masa contra el tiempo.masa contra el tiempo.

Efecto de la fricciónEfecto de la fricción

• Si no hubiera fricción en el sistema, la Si no hubiera fricción en el sistema, la oscilación continuaría en la misma oscilación continuaría en la misma proporción y en la misma amplitud para proporción y en la misma amplitud para siempre. Este movimiento armónico siempre. Este movimiento armónico simple idealizado, casi nunca se simple idealizado, casi nunca se encuentra en sistemas mecánicos reales. encuentra en sistemas mecánicos reales. Cualquier sistema real tiene fricción y Cualquier sistema real tiene fricción y eso hace que la amplitud de la vibración eso hace que la amplitud de la vibración disminuya gradualmente ya que la disminuya gradualmente ya que la energía se convierte en calor. energía se convierte en calor.

PeriodoPeriodo

• El periodo es el tiempo necesario El periodo es el tiempo necesario para completar un ciclo, o para un para completar un ciclo, o para un viaje ida y vuelta, o de un cruce del viaje ida y vuelta, o de un cruce del nivel cero hasta el siguiente cruce nivel cero hasta el siguiente cruce del nivel cero en la misma dirección. del nivel cero en la misma dirección. El periodo se mide en segundos o El periodo se mide en segundos o milisegundos dependiendo de que milisegundos dependiendo de que tan rápido se cambie la onda. tan rápido se cambie la onda.

T = el T = el periodoperiodo de la onda de la onda

FrecuenciaFrecuencia

• La frecuencia es el número de ciclos que La frecuencia es el número de ciclos que ocurren en un segundo, y sencillamente ocurren en un segundo, y sencillamente es el recíproco del período:es el recíproco del período:

F = la F = la frecuencia frecuencia de la onda = 1/Tde la onda = 1/T

• La unidad de frecuencia es el Hz, La unidad de frecuencia es el Hz, llamada por el científico alemán, llamada por el científico alemán, Heinrich Hertz, que fue el primero en Heinrich Hertz, que fue el primero en investigar las ondas de radio.investigar las ondas de radio.

FrecuenciaFrecuencia

• La La frecuenciafrecuencia también se puede también se puede expresar en otras unidades en forma expresar en otras unidades en forma común. Por lo general, se expresa en común. Por lo general, se expresa en hertz, cuyo símbolo es Hz o radianes hertz, cuyo símbolo es Hz o radianes por segundo, (RPS) o también por segundo, (RPS) o también revoluciones por minuto (RPM) o revoluciones por minuto (RPM) o ciclos por minuto (CPM). Estos ciclos por minuto (CPM). Estos conceptos pueden verse más conceptos pueden verse más claramente en la siguiente figura.claramente en la siguiente figura.

Nomenclatura involucrada en el movimiento vibratorio.

Medición de la amplitud de Medición de la amplitud de vibraciónvibración

• Las definiciones siguientes son de Las definiciones siguientes son de aplicación a la medición de la aplicación a la medición de la amplitudamplitud de las vibraciones mecánicas.de las vibraciones mecánicas.

• AmplitudAmplitud: es el máximo valor que : es el máximo valor que presenta una onda sinusoidal. La presenta una onda sinusoidal. La amplitud se mide generalmente en amplitud se mide generalmente en valores pico-pico para desplazamiento y valores pico-pico para desplazamiento y valores cero-pico y RMS para velocidad valores cero-pico y RMS para velocidad y aceleración.y aceleración.

Valores cero-pico, pico-pico y rms.

AmplitudAmplitud

• Amplitud Pico (Pk)Amplitud Pico (Pk) es la distancia es la distancia máxima de la onda del punto cero o del máxima de la onda del punto cero o del punto de equilibrio. punto de equilibrio.

• Amplitud Pico - Pico (Pk-Pk)Amplitud Pico - Pico (Pk-Pk) es la es la distancia de una cresta negativa hasta distancia de una cresta negativa hasta una cresta positiva. En el caso de una una cresta positiva. En el caso de una onda senoidal, el valor pico- pico es onda senoidal, el valor pico- pico es exactamente dos veces el valor pico, ya exactamente dos veces el valor pico, ya que la forma de la onda es simétrica. Pero que la forma de la onda es simétrica. Pero eso no es necesariamente el caso con eso no es necesariamente el caso con todas las formas de ondas de vibración. todas las formas de ondas de vibración.

El concepto de FaseEl concepto de Fase

• Fase es una medida de la diferencia Fase es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas senoidales. de tiempo entre dos ondas senoidales. Aunque la fase es una diferencia Aunque la fase es una diferencia verdadera de tiempo, siempre se mide verdadera de tiempo, siempre se mide en términos de ángulo, en grados o en términos de ángulo, en grados o radianes. Eso es una normalización radianes. Eso es una normalización del tiempo que requiere un ciclo de la del tiempo que requiere un ciclo de la onda sin considerar su verdadero onda sin considerar su verdadero periodoperiodo de tiempo. de tiempo.

Diferencia de faseDiferencia de fase

• La diferencia en fase entre dos formas La diferencia en fase entre dos formas de onda se llama a veces el de onda se llama a veces el desplazamiento de fase. Un desplazamiento de fase. Un desplazamiento de fase de 360 grados desplazamiento de fase de 360 grados es un retraso de un ciclo o de un es un retraso de un ciclo o de un periodo de la onda, lo que realmente no periodo de la onda, lo que realmente no es ningún desplazamiento. Un es ningún desplazamiento. Un desplazamiento de 90 grados es un desplazamiento de 90 grados es un desplazamiento de 1/4 del periodo de la desplazamiento de 1/4 del periodo de la onda etc. onda etc.

Atraso y avance de faseAtraso y avance de fase

• El desplazamiento de fase puede ser El desplazamiento de fase puede ser considerado positivo o negativo; eso considerado positivo o negativo; eso quiere decir que una forma de onda quiere decir que una forma de onda puede ser retrasada relativa a otra o puede ser retrasada relativa a otra o una forma de onda puede ser una forma de onda puede ser avanzada relativa a otra. Esos avanzada relativa a otra. Esos fenómenos se llaman atraso de fase fenómenos se llaman atraso de fase y avance de fase respectivamente. y avance de fase respectivamente.

Defasamiento de 90º entre dos señales senoidales.

Otro ejemplo de faseOtro ejemplo de fase

• La fase también se puede medir con La fase también se puede medir con referencia a un tiempo particular. referencia a un tiempo particular. Un ejemplo de esto es la fase de un Un ejemplo de esto es la fase de un componente desbalanceado en un componente desbalanceado en un rotor, con referencia a un punto fijo rotor, con referencia a un punto fijo en el rotor, como una conexión. en el rotor, como una conexión.

Vibración compuestaVibración compuesta

• Una señal compuesta es una Una señal compuesta es una sumatoria de varias señales sumatoria de varias señales sinusoidales que comprenden cada sinusoidales que comprenden cada uno de los componentes que se uno de los componentes que se encuentran en la máquina, mas encuentran en la máquina, mas todos los golpeteos y vibraciones todos los golpeteos y vibraciones aleatorias. El resultado es una señal aleatorias. El resultado es una señal como la ilustrada en la siguiente como la ilustrada en la siguiente figura. figura.

Una vibración compuesta se puede considerar como la suma de varias simples.

Vibración aleatoria y Vibración aleatoria y golpeteosgolpeteos

• Además de las vibraciones simples, Además de las vibraciones simples, también existen otros tipos de también existen otros tipos de vibraciones como son la vibración vibraciones como son la vibración aleatoria y los golpeteos. aleatoria y los golpeteos.

• La La vibración aleatoriavibración aleatoria no cumple no cumple con patrones especiales que se con patrones especiales que se repiten constantemente o es repiten constantemente o es demasiado difícil detectar donde demasiado difícil detectar donde comienza el ciclo y donde termina. comienza el ciclo y donde termina.

Vibraciones aleatoriasVibraciones aleatorias• Estas vibraciones están asociadas Estas vibraciones están asociadas

generalmente a turbulencia en blowers o generalmente a turbulencia en blowers o bombas, a defectos de lubricación o a bombas, a defectos de lubricación o a cavitación en bombas.cavitación en bombas.

Vibración aleatoria.

GolpeteosGolpeteos

• Los golpeteos están asociados a Los golpeteos están asociados a golpes continuos y aunque crean una golpes continuos y aunque crean una señal repetitiva, ésta tiende a morir señal repetitiva, ésta tiende a morir debido a la amortiguación del medio. debido a la amortiguación del medio.

Gráfica de un golpeteo.

Sistema de vibración masa-Sistema de vibración masa-muellemuelle

Efecto de la masa en la Efecto de la masa en la frecuenciafrecuencia

Tipos de vibracionesTipos de vibraciones

Libre

Forzada

Combinación de respuestas

Transformada de FourierTransformada de Fourier

• Hasta ahora sólo se han visto Hasta ahora sólo se han visto vibraciones en el dominio del vibraciones en el dominio del tiempo, que son señales directas de tiempo, que son señales directas de la máquina. Como ya se dijo antes, la máquina. Como ya se dijo antes, en estas señales se encuentra en estas señales se encuentra plasmada toda la información acerca plasmada toda la información acerca del comportamiento de cada del comportamiento de cada componente de la máquina. componente de la máquina.

• Pero hay un problema a la hora de Pero hay un problema a la hora de realizar un diagnóstico: estas señales realizar un diagnóstico: estas señales están cargadas de mucha información están cargadas de mucha información en forma muy compleja, la cual en forma muy compleja, la cual comprende las señales características comprende las señales características de cada parte, por lo cual de cada parte, por lo cual prácticamente queda imposible prácticamente queda imposible distinguir a simple vista los diferentes distinguir a simple vista los diferentes componentes.componentes.

• Existen otras formas para realizar un Existen otras formas para realizar un estudio de vibraciones, entre las cuales estudio de vibraciones, entre las cuales se encuentra mirar esta señal en el se encuentra mirar esta señal en el dominio de la frecuencia. Esta es la dominio de la frecuencia. Esta es la gráfica de Amplitud vs Frecuencia y es gráfica de Amplitud vs Frecuencia y es conocida con el nombre de conocida con el nombre de espectroespectro. . Esta es la mejor herramienta que se Esta es la mejor herramienta que se tiene actualmente para el análisis de tiene actualmente para el análisis de maquinaria. maquinaria.

Jean Baptiste FourierJean Baptiste Fourier

• Fue precisamente el Fue precisamente el matemático francés matemático francés Jean Baptiste Fourier Jean Baptiste Fourier (1768 - 1830) quien (1768 - 1830) quien encontró la forma de encontró la forma de representar una señal representar una señal compleja en el dominio compleja en el dominio del tiempo por medio del tiempo por medio de series de curvas de series de curvas sinusoidales con sinusoidales con valores de amplitud y valores de amplitud y frecuencia específicos. frecuencia específicos.

• Entonces lo que hace un analizador Entonces lo que hace un analizador de espectros que trabaja con la de espectros que trabaja con la transformada rápida de Fourier es transformada rápida de Fourier es capturar una señal desde una capturar una señal desde una máquina, luego calcula todas las máquina, luego calcula todas las series de señales sinusoidales que series de señales sinusoidales que contiene la señal compleja y por contiene la señal compleja y por último las muestra en forma último las muestra en forma individual en el eje x de la frecuencia. individual en el eje x de la frecuencia.

Señales en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia.

• En la ilustración de tres dimensiones En la ilustración de tres dimensiones mostrada puede notarse claramente la mostrada puede notarse claramente la señal compleja (en color verde), señal compleja (en color verde), capturada desde una máquina. A dicha capturada desde una máquina. A dicha señal se le calculan todas las series de señal se le calculan todas las series de señales sinusoidales en el dominio del señales sinusoidales en el dominio del tiempo (vistas en azul) y por último se tiempo (vistas en azul) y por último se muestra cada una en el dominio de la muestra cada una en el dominio de la frecuencia (vistas en rojo). frecuencia (vistas en rojo).

Señal en el dominio del Señal en el dominio del tiempo y de la frecuenciatiempo y de la frecuencia

• La siguiente figura muestra una señal en el La siguiente figura muestra una señal en el dominio del tiempo y su correspondiente en el dominio del tiempo y su correspondiente en el dominio de la frecuencia.dominio de la frecuencia.

4. Fundamentos del 4. Fundamentos del Análisis de Análisis de VibracionesVibraciones

¿En qué se basa?¿En qué se basa?

• La vibración mecánica se transmite La vibración mecánica se transmite a través de bases y estructuras a través de bases y estructuras causando fatiga en elementos causando fatiga en elementos estáticos y a veces vibraciones estáticos y a veces vibraciones moduladas en el entorno. La moduladas en el entorno. La severidad de vibración tiene que ver severidad de vibración tiene que ver con las frecuencias resonantes del con las frecuencias resonantes del sistema que pueden llevar a sistema que pueden llevar a condiciones críticas e inestables.condiciones críticas e inestables.

Por lo tanto….Por lo tanto….

• En un sistema de Mantenimiento En un sistema de Mantenimiento Predictivo mediante la técnica de Predictivo mediante la técnica de Análisis de Vibraciones se estudia la Análisis de Vibraciones se estudia la evolución del comportamiento vibratorio evolución del comportamiento vibratorio de las máquinas, de manera que de las máquinas, de manera que identificando las causas se encuentra el identificando las causas se encuentra el momento oportuno para tomar una momento oportuno para tomar una acción correctiva, por ejemplo un acción correctiva, por ejemplo un cambio de rodamiento sin necesidad de cambio de rodamiento sin necesidad de realizar paros por averías, lo que realizar paros por averías, lo que permite optimizar tiempos y producción.  permite optimizar tiempos y producción. 

¿Qué genera una máquina ¿Qué genera una máquina rotatoria?rotatoria?

• La maquinaria rotativa produce La maquinaria rotativa produce vibraciones mecánicas cuya vibraciones mecánicas cuya intensidad puede exceder los límites intensidad puede exceder los límites admisibles poniendo en peligro la admisibles poniendo en peligro la funcionalidad del equipo y la funcionalidad del equipo y la seguridad del entorno.seguridad del entorno.

Cadena de medidaCadena de medida

El avance de la El avance de la tecnologíatecnología

• Los componentes y etapas Los componentes y etapas mencionadas lo son en forma mencionadas lo son en forma general. El avance de la tecnología general. El avance de la tecnología permite integrar varios componentes permite integrar varios componentes en un solo equipo, por lo cual el en un solo equipo, por lo cual el sistema se reduce a los siguientes: sistema se reduce a los siguientes: elemento de fijación, transductor, elemento de fijación, transductor, colector-analizador de vibraciones y colector-analizador de vibraciones y computadora.computadora.

Analizador de Analizador de vibracionesvibraciones

• Analizador de vibracionesAnalizador de vibraciones: captura la : captura la señal de la vibración y además obtiene la señal de la vibración y además obtiene la Transformada rápida de Fourier, con lo Transformada rápida de Fourier, con lo cual la vibración se descompone acuerdo cual la vibración se descompone acuerdo a su frecuencia. Todo en un solo equipo.a su frecuencia. Todo en un solo equipo.

• Analizando el nivel de vibración en cada Analizando el nivel de vibración en cada una de las frecuencias obtenidas seuna de las frecuencias obtenidas sepuede determinar la causa de la puede determinar la causa de la anomalíaanomalía..

Analizador de vibraciónAnalizador de vibración

El colector de El colector de vibracionesvibraciones

• En cuanto a este equipo los avances han En cuanto a este equipo los avances han sido bastantes buenos, y se tienen equipos sido bastantes buenos, y se tienen equipos cada vez más pequeños, poderosos y cada vez más pequeños, poderosos y versátiles, en comparación con tiempos versátiles, en comparación con tiempos anteriores donde eran muy grandes. En una anteriores donde eran muy grandes. En una unidad pequeña la base de datos que se unidad pequeña la base de datos que se creó en la PC por medio de un software creó en la PC por medio de un software especial se graba en el colector, el cual va especial se graba en el colector, el cual va siguiendo la ruta determinada y permite siguiendo la ruta determinada y permite colectar los datos y obtener la señal en colectar los datos y obtener la señal en frecuencia y regresarlos a la PC para su frecuencia y regresarlos a la PC para su análisis.análisis.

El colector de El colector de vibracionesvibraciones

Colector – analizador DLI Watchman DCA-31

El transductorEl transductor

• El componente usado puede ser uno que mida El componente usado puede ser uno que mida ya sea desplazamiento, velocidad o aceleración. ya sea desplazamiento, velocidad o aceleración.

La computadoraLa computadora• En la computadora se tiene cargado el software para la base En la computadora se tiene cargado el software para la base

de datos y para el análisis de la información. En ella se dan de datos y para el análisis de la información. En ella se dan de altas la máquinas de interés y se establece la ruta de de altas la máquinas de interés y se establece la ruta de medición, con los puntos de medición en cada máquina, la medición, con los puntos de medición en cada máquina, la cual se cargará al colector, para seguir la ruta en forma cual se cargará al colector, para seguir la ruta en forma independiente. Una vez colectados los datos, se regresan a la independiente. Una vez colectados los datos, se regresan a la PC para procesarlos y obtener resultados.PC para procesarlos y obtener resultados.

Basura metes, basura Basura metes, basura sacassacas

Parámetros a medirParámetros a medir

• Existen tres parámetros que se pueden medir Existen tres parámetros que se pueden medir en las vibraciones y que se presentan en en las vibraciones y que se presentan en forma simultánea en una vibración. Cada uno forma simultánea en una vibración. Cada uno de ellos se mide con un dispositivo diferente y de ellos se mide con un dispositivo diferente y la información que proporcionan también es la información que proporcionan también es diferente. Su uso depende por lo común del diferente. Su uso depende por lo común del rango de frecuencias que se quiera medir:rango de frecuencias que se quiera medir:

• DesplazamientoDesplazamiento• VelocidadVelocidad• Aceleración.Aceleración.

DesplazamientoDesplazamiento

•En vibración de maquinaria, el desplazamiento es la distancia a la que la vibración provoca a una parte de moverse. Es oscilatorio y se mide en milésimos de pulgada (mils) en el sistema inglés, y en milímetros (mm) en el sistema SI. Por convención popular, las mediciones de desplazamiento se hacen de pico a pico.

VelocidadVelocidad• Se utiliza para medias frecuencias.• Se mide en mm/s ó plg/s.• Indica problemas como resonancias, desequilibrios, desalineaciones, holguras, etc.

AceleraciónAceleración•Se utiliza para altas frecuencias.

•Se mide en G’s (1 G: aceleración de la gravedad)

•Indica problemas en rodamientos y engranes.

Comparación de Comparación de parámetrosparámetros

• Estas tres curvas mostradas, proporcionan la misma Estas tres curvas mostradas, proporcionan la misma información, pero el acento se ha cambiado. Noten información, pero el acento se ha cambiado. Noten que la curva de desplazamiento es más difícil de que la curva de desplazamiento es más difícil de leer en las frecuencias más altas. La curva de leer en las frecuencias más altas. La curva de velocidad es la más uniforme en nivel sobre velocidad es la más uniforme en nivel sobre frecuencia. Eso es típico para la mayoría de la frecuencia. Eso es típico para la mayoría de la maquinaria rotativa pero en algunos casos, las maquinaria rotativa pero en algunos casos, las curvas de desplazamiento y aceleración serán las curvas de desplazamiento y aceleración serán las más uniformes. Es una buena idea seleccionar las más uniformes. Es una buena idea seleccionar las unidades de tal manera que se obtenga la curva unidades de tal manera que se obtenga la curva más plana. Eso proporciona la mayor cantidad de más plana. Eso proporciona la mayor cantidad de información visual al observador. El parámetro de información visual al observador. El parámetro de vibración que se usa más comúnmente en trabajos vibración que se usa más comúnmente en trabajos de diagnóstico de maquinaria es la velocidad. de diagnóstico de maquinaria es la velocidad.

Resultados y diagnósticoResultados y diagnóstico

• DesbalanceoDesbalanceo• DesalineaciónDesalineación• ResonanciasResonancias• PulsacionesPulsaciones• Fallas en engranajesFallas en engranajes• BandasBandas• ChumacerasChumaceras

• Flujo de líquidos y de gasesFlujo de líquidos y de gases• Fallas en rodamientosFallas en rodamientos

Combinación de Combinación de problemasproblemas

Generalmente una máquina Generalmente una máquina tiene una combinación de tiene una combinación de algunos de estos problemas, algunos de estos problemas, de acuerdo a la de acuerdo a la configuración de la misma.configuración de la misma.

Ejemplo de espectros de Ejemplo de espectros de casos estudiadoscasos estudiados

• Desbalanceo en un planoDesbalanceo en un plano:      Generalmente producido por desgaste radial superficial no uniforme en rotores en los cuales su largo es despreciable en comparación con el diámetro.

Resultados y diagnósticoResultados y diagnóstico

• Los resultados dependen mucho del Los resultados dependen mucho del software que se tenga. Pero lo que se software que se tenga. Pero lo que se intenta es obtener un diagnóstico a través intenta es obtener un diagnóstico a través del análisis de los espectros de la vibración. del análisis de los espectros de la vibración. Se pueden diagnosticar problemas de:Se pueden diagnosticar problemas de:

• DesalineaciónDesalineación• Holgura mecánicaHolgura mecánica• Problemas de lubricaciónProblemas de lubricación

• Rotor rozanteRotor rozante ……

Desbalanceo en un planoDesbalanceo en un plano

Esquema del desbalanceo en un plano y su espectro típico.

Desbalanceo en un planoDesbalanceo en un plano

• El espectro presenta vibración dominante con una frecuencia igual a 1 X RPS del rotor.Se recomienda para corregir la falla balancear el rotor en un sólo plano (en el centro de gravedad del rotor) con la masa adecuada y en la posición angular calculada con un equipo de balanceo. Debe consultar a un experto en balanceo de máquinas.

11aa Conclusión Conclusión

• El Análisis de Vibraciones, permite El Análisis de Vibraciones, permite prevenir el daño catastrófico en prevenir el daño catastrófico en maquinaria rotatoria, al identificar el maquinaria rotatoria, al identificar el problema presente, pero también el problema presente, pero también el origen, con lo cual se puede dar origen, con lo cual se puede dar mantenimiento a la maquinaria en mantenimiento a la maquinaria en forma planeada, optimizando al máximo forma planeada, optimizando al máximo el tiempo de operación de los el tiempo de operación de los componentes y las labores de componentes y las labores de mantenimiento.mantenimiento.

22aa Conclusión Conclusión

• Debe estar claro que el trabajo con las Debe estar claro que el trabajo con las vibraciones ya sea desde el punto de vista vibraciones ya sea desde el punto de vista del aprovechamiento de la información de del aprovechamiento de la información de la cual son portadoras o desde el punto la cual son portadoras o desde el punto de vista del control y aislamiento de de vista del control y aislamiento de éstas, requiere inversiones iniciales altas. éstas, requiere inversiones iniciales altas. El equipamiento involucrado no es barato, El equipamiento involucrado no es barato, y por lo tanto, constituye una exigencia y por lo tanto, constituye una exigencia de primer orden la adquisición del equipo de primer orden la adquisición del equipo adecuado.adecuado.

33aa Conclusión Conclusión

• Dicho equipo deberá satisfacer las Dicho equipo deberá satisfacer las expectativas del especialista competente expectativas del especialista competente en la problemática del diagnóstico vibro-en la problemática del diagnóstico vibro-acústico de máquinas y estructuras. Por acústico de máquinas y estructuras. Por eso es necesario aprovechar al máximo la eso es necesario aprovechar al máximo la capacidad del instrumento, para amortizar capacidad del instrumento, para amortizar en el más breve plazo la inversión en el más breve plazo la inversión realizada y esto sólo puede lograrse en realizada y esto sólo puede lograrse en base a una preparación profunda y base a una preparación profunda y conciente en lo que al tema se refiere.conciente en lo que al tema se refiere.

44aa Conclusión Conclusión

Con el Análisis de vibraciones se logra:Con el Análisis de vibraciones se logra:• Detectar y eliminar anticipadamente Detectar y eliminar anticipadamente

las averías de los equipos.las averías de los equipos.• Eliminar paros no planificados.Eliminar paros no planificados.• Reducir costos de reparación.Reducir costos de reparación.• Anticipar y planificar los inventarios.Anticipar y planificar los inventarios.• Incrementar la disponibilidad de la Incrementar la disponibilidad de la

planta.planta.

¡Muchas gracias!¡Muchas gracias!