Capitulo 2.1 (Reparado)

Mantenimiento Industrial y/o Máquinas de Servicio Ing. Fanor Rojas Montaño

CAPITULO II

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

1. CONCEPTO

Se entiende por mantenimiento predictivo o mantenimiento por condiciones, al mantenimiento basado en diagnósticos técnico-científicos aplicando a cada uno de los componentes de la maquina, leyes fundamentales de la ingeniería y relaciones empíricas con el fin de determinar en el tiempo las condiciones de cada uno de los componentes de la máquina. Este método permite a los responsables del mantenimiento:

Evaluar periódicamente las condiciones de operación de las maquinas y sistemas en general

Planificar las reparaciones, planificar el stock de repuestos y recursos humanos, Nos permite analizar fallas, buscar fallas, predecir sustentando técnicamente el

tiempo de duración de las piezas, conjuntos o partes de la máquina. Todo ello nos permite optimizar la operación total de la planta industrial y/o empresas de prestación de servicios.

2. DESARROLLO DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO

El mantenimiento predictivo o mantenimiento por condiciones se ha desarrollado por la necesidad de:

Evitar pérdidas humanas como en los accidentes aéreos. Evitar daños materiales de consideración Ejemplo explosiones o incendios de una

planta industrial por mal mantenimiento. Acompañar el desarrollo tecnológico. Por la necesidad de aumentar la producción en serie y evitar la paralización,

“paralización de la industria o unidad productiva”. Por la constante escasez de materias primas no renovables que nos obliga a

optimizar la utilización de las máquinas productivas y/o de servicios. Este mantenimiento requiere elevada especialización técnico-científico en la utilización de cada uno de los instrumentos de medición, en los métodos de diagnóstico y técnicas de análisis.

Debido a la diversidad de máquinas, en consecuencia diversidad de problemas que presentan las empresas industriales y empresas de prestación de servicios, el análisis se ha dividido en los siguientes grupos:

1. Trabajo de análisis de los componentes de la maquinaria para determinar las condiciones técnicas actuales de la instalación industrial ó equipos de servicio.

2. Trabajo de análisis para predeterminar las condiciones técnicas en las que se encontrará las instalaciones industriales o equipos en el futuro.

3. Trabajo de análisis de las maquinas industriales y/o de servicios para determinar las condiciones técnicas en la que se encontraba en el pasado o antes de ocurrido el siniestro de la instalación industrial o equipos de prestación de servicios “caja

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negra”. Con el mantenimiento predictivo se analiza el origen, sus causas y efectos de las fallas.

En síntesis, con el mantenimiento predictivo se analiza el origen, sus causas y efectos de Las fallas.

Este mantenimiento que consiste en el diagnóstico técnico-científico, determina las condiciones mecánicas actuales de las instalaciones industriales y/o equipos de prestación servicios, predetermina dichas condiciones para el futuro, determina las condiciones mecánicas en las que se encontraba en el pasado. Utiliza muchos métodos y técnicas siendo las más importantes:

1) Método Termodinámico2) Método visual o Termografía Industrial y/o Infrarojo3) Método de Rumorosidad4) Ultrasonido5) Rayos X y Rayos Gamma6) Método de vibraciones

2.1 Método Termodinámico.

Este método consiste en analizar el comportamiento de los motores de combustión interna, cuando sometidos a diferentes condiciones de carga, para lo que se utiliza equipos computarizados llamados “CARMA” y otros, este analizador se fundamenta en leyes termodinámicas y consiste en el control comparativo de curvas obtenidas en el espectro en el momento de la medición, con la curva patrón para cada condición de carga.

Equipo Computarizado de Análisis de Motores de Combustión Interna CARMA.

CILINDROS

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Figura 2.1 Comparaciones iníciales en un motor diesel para diferentes condiciones de funcionamiento.Este control comparativo de curvas tiene relación con las presiones que debería tener los cilindros del motor de combustión interna en condiciones normales de operación y en diferentes condiciones de carga obtenidas de la medición. En estas presiones influyen el estado del motor, filtros de aire, los grados de avance, retraso en la apertura y cierre de las válvulas de admisión y descarga.

En la figura se muestra 14° de anticipación al punto muerto superior en la apertura de la válvula de admisión y un retraso de 56° en el cierre de la válvula en relación al punto muerto inferior.

Los fenómenos de avance y atraso están motivados por razones de rendimiento volumétrico, base fundamental de todos los motores de combustión Interna. En síntesis, expresa la mayor o menor cantidad de aire aspirado por cada cilindro por lo que dicho rendimiento depende de los filtros de aire y del tiempo de aspiración, el atraso tiene el objetivo de

expulsar la mayor cantidad posible de los gases producto de la combustión.

2.2 Método Visual.

Los instrumentos usados en este método son:

Endoscopio o baroscopios.- Nos permite verificar el estado interno de las máquinas tales como, motores, cajas de dirección, turbinas de aviación y otros, se lo hace mediante ranuras de inspección que ya están previstas, a través de ellos se introduce una varilla que tiene propiedades especiales la cual obtiene los datos de desgaste, fisuras, roturas, erosiones, oxidaciones y los transmite a la pantalla para su análisis.

Bororscopio Endoscopio

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Filtros ópticos.- Tienen la misma función que la anterior con la diferencia de que está es más sensible en consecuencia nos da mayor precisión de los defectos internos existentes.

Estroboscopio.- Es usado para analizar elementos en movimiento rotativo, ejes, juntas, poleas, son instrumentos que nos permite verificar los desalineamientos en los elementos indicados.

Ejemplo: la transmisión de una correa y de una onda de accionamiento

Establecer la línea de marcado Observar la sincronía

Imagen 1 Imagen 2

En una onda correctamente centrada con rueda motriz medirá siempre el número real de revoluciones con detención óptica (imagen 1). Si la rueda motriz tiene un descentraje axial, con los estroboscopios medirá el doble de revoluciones.

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Líquidos penetrantes y/o Florecentes.- Son reveladores de fisuras superficiales.

Proceso de aplicación de los líquidos penetrantes

2.3 Método de Termo grafía Industrial.

Concepto de termografía

La termografía es el registro grafico del calor emitido por la superficie de un cuerpo en forma de radiaciones infrarrojas de diferentes intensidades. Todos los cuerpos con una temperatura superior a 0 grados Kelvin o -273.15 º C (cero absoluto) emiten radiación infrarroja no visible al ojo humano.

La termografía infrarroja permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar con precisión la radiación infrarroja de una superficie. La física permite convertir las mediciones de la radiación infrarroja en magnitudes de temperatura, esto se logra midiendo la radiación emitida por un cuerpo en porción infrarroja del espectro electromagnético desde la superficie del objeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas.

Ventajas de la termografía infrarroja aplicada al mantenimiento industrial

Evita o disminuye las interrupciones intempestivas en los procesos productivos pudiendo realizar paradas programadas, controla y protege la integridad del sistema productivo.

Localiza con exactitud y con suficiente antelación puntos críticos o los potenciales problemas mediante la medición de la temperatura, siendo por tanto una herramienta para el mantenimiento predictivo ya que le permite organizar la solución a los problemas.

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Disminuyen las acciones del mantenimiento tradicional, “arrancar, desarmar, cambiar piezas, conjuntos y otros”, las anomalías se predicen con suficiente antelación para que sean reparadas y no se llegue a producir una avería que supondría un considerable tiempo de reparación y pérdida de productividad.

* Permite mediante ensayos no destructivos realizar seguimiento al funcionamiento de los equipos, corrigiendo las anomalías detectadas en el menor tiempo posible para alargar su vida útil.

* Permite el uso más eficiente de la energía, dándonos una disminución del consumo de energía de los equipos de calefacción, refrigeración y otros, actuando sobre las causas que originan pérdidas de frío o de calor. Se consigue por tanto, un ahorro económico y un menor impacto sobre el medio ambiente.

* Proporcionan descuentos en la póliza del seguro, cada vez son más las compañías aseguradoras o consultorías de riesgos y seguros que valoran el uso de la termografía aplicada al mantenimiento predictivo y al diagnóstico de instalaciones industriales y/o equipos de prestación de servicios.

* No necesita contacto físico con la instalación o el equipo, con lo cual baja la peligrosidad para el técnico.

* Evita posibles incendios por sobrecalentamientos en las instalaciones, contactares, y otros.

* Existe ahorro energético, por el hecho de que permite determinar pérdidas de energía en sistemas eléctricos, mecánicos e incluso de aire acondicionado.

* Permite comprobar la correcta ejecución de los trabajos de aislamiento de paredes, techos, embobinados, cables y otros.

Instrumentos Utilizados.

Los instrumentos utilizados en la implementación de la termografía en el mantenimiento predictivo son básicamente dos:

a) Cámaras Infrarrojas o Termo Gráficas, detectan, captan, interpretan y miden la radiación infrarroja en un cuerpo o pieza mecánica, por otra parte lo traduce en temperatura del punto medido.

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Figura2.3

Principio de Funcionamiento

Las cámaras infrarrojas o termo gráficas traducen la radiación infrarroja de un objeto de manera que podemos medir su temperatura en cualquier punto de la imagen. Las cámaras termográficas y los termómetros infrarrojos han sido desarrolladas con tecnología Uncooled Focal Plane Arraydetector (UFPA), consistente de una matriz de dos dimensiones (320x240) formada por detectores conocidos como micro bolómetro. Una onda electromagnética está formada por dos campos: uno eléctrico y otro magnético, que viajan a la velocidad de la luz (en el vacío es aproximadamente 300.000 Km. /s). Las ondas electromagnéticas tienen energía, la cual es aprovechado de diferentes maneras, puede ser usada para excitar una antena de radio, o para estimular sensores.

Figura 2.4

En la siguiente figura se muestra una barra de metal calentada por un inductor en forma de espiral. La parte de la barra que está fuera del inductor, está fuera del efecto calentador y por esto luce del color del metal. A medida que nos acercamos a la parte de la barra que está siendo calentada, el color de la barra va cambiando a rojo y luego a amarillo, es decir su longitud de onda va disminuyendo. La barra no cambia de color, ella sigue siendo plateada, pero comienza a EMITIR radiación de calor, una parte de la cual cae en el espectro visible.

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Figura 2.5

b) Termómetros Infrarrojos, este instrumento nos da la lectura solo apuntando con el laser a la superficie cuya temperatura desea uno registrar.

Aplicaciones

Las termografías pueden ser aplicadas en cualquier situación donde un problema o condición de una máquina o pieza pueda ser visualizado o establecido por medio de una diferencia de temperatura y tiene aplicación en cualquier área siempre y cuando esta tenga que ver con variación de temperatura.

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http://www.pce-group-europe.com/espanol/medidores/medidores-laser-702.html


EJEMPLO DE DIAGNOSTICO

Figura 2.6

2.4 Método de Ultrasonido o vibración acústica

Introducción.

El ultrasonido son ondas sonoras de alta frecuencia que están por encima del rango de percepción humano, el ultrasonido es un método aplicado al mantenimiento Predictivo como también es un método utilizado para los Ensayos no destructivos (END).Gracias a este método las empresas dedicadas por ejemplo a la producción de vapor o empresas que utilizan redes neumáticas, redes de distribución de fluidos líquidos, tienen un mejor control de las fugas de vapor, aire, o fluidos líquidos que existe en sus diferentes redes de distribución, este control también genera un gran ahorro económico en cuanto a su producción de los fluidos indicados, por otra parte existe conservación en la maquinaria utilizada para la producción de estos fluidos. También debe indicarse que este método se aplica en la inspección del estado mecánico de rodamientos que existen en cualquier equipo que los use, según estudios de la NASA se ha demostrado que el monitoreo de rodamientos con ultrasonido ubica fallas potenciales de rodamientos mucho antes de que se detecten con los métodos tradicionales de calor y vibración. El método de ultrasonido también se

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aplica al monitoreo eléctrico de Transformadores, cajas interruptoras, tableros y Torres de alta tensión y en la mecánica se utiliza para establecer las espesuras de diferentes partes de una maquina.¿ Los detectores ultrasónicos utilizan un sensor con un cristal pieza-eléctrico de cuarzo que se excita por la energía de ciertas frecuencias del ultrasonido. Estas vibraciones son censadas por el detector y transformadas de su estado de alta frecuencia a un estado de baja frecuencia. Los sensores se diseñan para captar señales ultrasónicas transmitidas tanto por el aire como a través de estructuras sólidas.En la aplicación mecánica el Ultrasonido o vibración acústica, es energía generada por la fricción entre componentes que se mueven (rodamientos, acoples, engranajes etc.…). Esta energía se transforma en un voltaje AC que es inestable y errático. Para poder tener una fuente de datos confiables midiendo la energía acústica del ultrasonido debe hacerse de forma lineal para efectos de repetir, los instrumentos de ultrasonido tienen la capacidad de localizar y aislar la fuente del problema en ambientes de plantas ruidosas. Ya que pueden discriminar entre ruidos del o los equipos no relevantes y sonidos asociados al elemento que se está analizando.

Resumen.- Campo de aplicación del Método de Ultrasonido o Vibración Acústica

Detección de fugas de aire o gases Detección de ruidos de rodamientos con mala lubricación,

engranajes y otros a lo que también se llama inspecciones Mecánicas.

Detección de descargas eléctricas, inspecciones de transformadores, torres de alta tención y otros.

Detección de fugas de fluidos líquidos.

Figura 2.7

a) Detección de Fugas de líquidos y gases

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La detección de fugas es aplicada generalmente a los sistemas de transporte de fluidos, y a equipos de generación de vapor como ser:

Calderos Condensadores Tanques Válvulas Tuberías Conexiones

b) Inspecciones Mecánicas

El método de Ultrasonido es aplicado en la inspección de rodamientos así como también la inspección del estado mecánico de engranajes. Los sonidos que se pueden generar en un rodamiento, depende de la eficiente o mala lubricación.

Cuando se tiene una mala lubricación, se puede escuchar un sonido abrasivo.

Cuando la lubricación es correcta, se puede escuchar como un sonido liso parecido al sonido del correr del aire.

Excesiva Lubricación, genera calor y desgaste del rodamiento. Deficiente Lubricación, causa rozamiento entre los elementos

móviles y por tanto también hay desgaste.

La conclusión sobre el estado de los elementos es comparando la lectura obtenida por el instrumento con valores mostrados en tablas y nos indican la acción que se debe tomar.Previamente a ello se debe indicar o establecer un nivel sonoro para los rodamientos.

Figura 2.8

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c) Inspecciones Eléctricas

El método de ultrasonido también es aplicado para las inspecciones eléctricas, para los siguientes casos:

Transformadores Cajas Interruptoras Torres de Alta Tensión Tableros

2.5. Método de Resonancia

Concepto

La resonancia es un fenómeno que se produce, cuando a un cuerpo que capaz de vibra es inducido una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de la Maquina en funcionamiento. Para que haya resonancia tiene que haber alguna oscilación. Es decir cuando el sistema es obligado a vibrar a la frecuencia de excitación y si esta coincide con una de las frecuencias naturales del sistema, se produce una situación de resonancia y ocurren oscilaciones peligrosamente grandes.Una frecuencia natural o fundamental es una frecuencia a la que una estructura o máquina vibrara cuando ella está en funcionamiento como en el caso del columpio cuando uno la desvía y después la suelta a este fenómeno se le conoce como frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daños muy rápidamente. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza.Para determinar si una maquina tiene resonancias se puede llevar a cabo una o varias pruebas con el fin de encontrarlas:

a) La prueba del impacto. Se pega a la maquina con una masa pesada, como una viga de madera, de cuatro por cuatro pulgadas, y se verifica que existe aumento progresivo de la amplitud de vibración tras cada impacto y si coinciden las frecuencias naturales del sistema se estaría frente al fenómeno de resonancia.

b) El arranque y rodamiento libre. Se prende y se apaga la maquina, mientras que se graban datos de vibración y de tacómetro. La forma de onda de tiempo indicara un máximo, cuando las RPM igualan las frecuencias naturales.La prueba de la velocidad variable: En una maquina cuya velocidad se puede variar en un rango ancho, se varía la velocidad, mientras que se están grabando datos de vibración y de tacómetro. La interpretación de los datos se hace como en la prueba anterior. Para una mejor explicación se da el siguiente ejemplo:Un columpio tiene cierta periodicidad, es decir el tiempo que se tarda repetir el ciclo. Como el columpio es un péndulo su periodicidad es la siguiente:

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Donde T es el periodo en segundos, L es la longitud del péndulo en metros y G es la aceleración de la gravedad “9.81m/s2”En un columpio de 2 metros el periodo es 2.84 s. Y es siempre la misma independientemente de la masa y de la amplitud del movimiento, bien ahora imaginemos el columpio parado con un señor de 150 Kg encima, es evidente que no podemos hacer lo mismo que con un niño (estirar el columpio hasta cierta altura y soltarlo). Pero queremos columpiar al señor así que utilizaremos el fenómeno de la resonancia.

Para crear una resonancia solo hay que dar un impulso mayor que la fuerza de fricción periódicamente cada 2.84 seg. La fuerza de fricción es independiente de la masa solo varía según la velocidad así que al principio, como la velocidad del columpio es 0 con pequeño impulso (el suficiente para vencer al rozamiento estático del eje del columpio, que es constante) ya crearemos una pequeña oscilación de 2.84 seg. De periodo (ya que es la frecuencia natural que hemos calculado que tendrá). Es decir el columpio se alejara un poquito de nosotros y al cabo de 2.84 seg. Volverá en ese momento volveremos a empujar un poquito más. De esta manera la amplitud cada vez será mayor, pero el periodo seguirá siendo el mismo cada 2.84 seg. El columpio volverá a dónde estamos y cada 2.84 seg. Lo volveremos a impulsar, es decir la frecuencia del columpio y la de la fuerza motora es la misma y el columpio estará en resonancia, por eso la amplitud cada vez es más grande, aunque la primera oscilación fuese realmente pequeña. Y seguirá creciendo, ahora pueden pasar tres cosas:

1.- La amplitud sigue creciendo y como el periodo es el mismo la velocidad media del columpio es cada vez mayor (tiene que recorrer mas distancia en el mismo tiempo). Como la velocidad crece y la fricción con el aire aumenta según la velocidad llegara en un momento en que la fuerza con la que impulsamos el columpio será igual a la de la fricción y la amplitud se mantendrá.2.- La velocidad media es insuficiente como para generar una fuerza de fricción suficiente. Entonces la amplitud seguirá creciendo hasta que llegue un momento que la oscilación sea tan grande que el columpio llegue a una altura para la que no esté diseñado volcando la silla y con la consecuente torta del señor que estaba sentado en el.3.- Cuando el que empuja ve que la amplitud llega a ciertas cotas, decide disminuir su impulso hasta mantener la amplitud constante (que es lo que pasa en la realidad). Lo que el que empuja está haciendo sin darse cuenta es igualando esas fuerzas llegando a un equilibrio.En el primer y tercer caso se da la resonancia por el aumento o disminución de las velocidades en el segundo se nos descontrola destruyendo el sistema.

2.6 Método de Rumorosidad.- Los instrumentos utilizados en este método son:

a) Estetoscopio.- Sirven para ampliar la onda audible, “verificar por el sonido o ruido el estado de las máquinas”.

El SKF TMST 3 es un instrumento sensible y de alta calidad que permite detectar los componentes mecánicos problemáticos mediante la detección de los ruidos o las

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vibraciones de la máquina. El TMST 3 incluye unos auriculares, dos sondas de distinta longitud (70 y 220 mm) y un CD de demostración de sonidos pregrabados para comparaciones que demuestra los ruidos mecánicos problemáticos más comunes, todo ello suministrado en un maletín robusto.

c) Corrientes inducidas parásitas o corrientes de Focault “EDDY CURRENT”.-

Está basada en los principios de la inducción electromagnética, es utilizada para identificar o diferenciar entre una amplia variedad de condiciones físicas de los elementos estructurales, metalúrgicas y en partes no metálicas que sean eléctricamente conductoras, este método que consiste en la inducción magnética no requiere contacto eléctrico directo con la parte que esta siendo inspeccionada.

. Ensayo con corrientes inducidas

Corrientes inducidas, son máquinas de verificación y sensores, tienen aplicaciones industriales y en la aviación se utilizan para detectar grietas o fisuras en la superficie y clasificar metales. Este Método de corriente inducida es la solución para ensayos no destructivos.

c) Radiografía Industrial, Rayos X y Rayos Gamma.

Es un método que utiliza la radiación ionizante de alta energía que al pasar a través de un material sólido, parte de su energía es atenuada debido a diferencias de espesores y densidades, con este método identificamos la presencia de discontinuidades interna en todo tipo de material.

Generación de los rayos X

Son producidos por la desaceleración brusca de los electrones al impactarse en un blanco o tarjeta generalmente de tungsteno; la energía de los rayos X, es controlada por los Kilovolt y su intensidad por miliamper.

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http://www.monografias.com/trabajos5/estat/estat.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/enuclear/enuclear.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

http://www.monografias.com/trabajos6/elme/elme.shtml#induccion

http://www.monografias.com/trabajos6/etic/etic.shtml


Rayos Gamma.-

2.7 Método de Vibraciones o “vibró diagnóstico”

Generalidades.

La aplicación de este método está en maquinas rotativas, alternativas, estructuras metálicas, conductos de fluidos a presión, sistemas de transmisión por engranajes y maquinas modernas de alta velocidad, la vibración mecánica de estas máquinas se transforma en señal eléctrica mediante un dispositivo llamado transductor, estas señales son variables en función del tiempo y como tal contiene básicamente tres elementos de información que son, “Amplitud, Frecuencia y Periodo”.

La amplitud describe que tan severo es el problema mecánico, la frecuencia describe que elemento mecánico está mal, debido a que, cada elemento mecánico tiene su propio frecuencia de vibración, y el periodo indica el tiempo necesario en el que se repite el fenómeno, el análisis de las vibraciones constituyen el mejor indicador del estado mecánico de las maquinas, este método consiste en la medición de los niveles totales de vibración a intervalos periódicos y se lo hace en puntos que previo estudio son los que mejor revelan el comportamiento dinámico de las maquinas. Es necesario indicar que, cuando el funcionamiento de la maquina es normal solo debe aparecer la armónica fundamental, la presencia de otras armónicas indica problemas en la maquinaria, “las armónicas son síntomas de defectos”.

Concepto de Vibraciones

Las vibraciones son movimientos ondulantes que se da en las maquinas, estructuras y otros, se caracterizan por tener un recorrido completo de ida y vuelta, para mejor comprensión ejemplificamos con la proyección o movimiento circular de un radio vector de amplitud X que gira con una velocidad angular w rad/ seg, siendo su ciclo la vuelta completa del radio vector, la misma se repite a lo largo del tiempo, dándonos conforme lo indicado recorridos completos de ida y vuelta.

X

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2

3

4

Wt

0 t

t0

3

x

4

Tp

2”2’

x 1’1

x

t

X


Figura 2.9Esta vibración cuando representada en función del tiempo es caracterizada por una curva senoidal e identificada por la ecuación

V= X sen (wt + )

El ángulo (rad) indica la posición inicial del radio vector cuya amplitud es X, W velocidad angular constante “rad/seg”, wt; es el ángulo en radianes que recorre el radio vector de amplitud X en un tiempo t a partir de la posición inicial definido por , el movimiento se repite cada vuelta completa del radio vector, o sea cuando recorre 2 radianes a partir de la posición inicial, llamamos Tp al período o tiempo necesario para que se repita el movimiento “señal periódica es aquella que se repite pasado un cierto intervalo finito de tiempo”.

w.Tp = 2, Tp = 2/w; w = 2/Tp

Al número de ciclos por segundo cuya unidad es el Hz “Hertz”, se define como frecuencia

y es dado por f = l/Tp.

Fase

La medición de la fase es de gran utilidad en el diagnostico con el que, se establece cuál es el origen del problema mecánico. Para medir la fase o vibraciones en las máquinas usamos sensores conocidos como transductores que transforman la vibración mecánica en una señal eléctrica analógica para ser procesada, la característica principal de estos sensores es que son precisos en las amplitudes y frecuencias captadas, además de tener repetitibilidad, dos señales de la misma amplitud deben tener la misma salida en tensión, cada vez que la referencia de la fase pase por delante de su punto sensible, por convención el Angulo de laFase siempre será medida en sentido contrario a la rotación.

¿Dónde se mide?

La fase se mide con sensores de desplazamiento que se suelen colocar dispuestos ± a 45º con respecto al plano vertical que pasa por el eje, su finalidad es la de poder realizar un análisis orbital del desplazamiento del eje en su alojamiento. Los demás sensores se colocan lo más cerca posible del apoyo de los ejes, soportes de rodamientos, buscando los puntos de medida de mayor rigidez de la máquina.

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Figura 2.10

Origen de las vibraciones

En la práctica no es posible evitar las vibraciones, el origen de ello se debe al funcionamiento y a efectos dinámicos de las tolerancias de fabricación de las maquinas a lo que, se conoce como vibración natural o fundamental, al margen de ello, se debe a holguras excesivas, fricciones entre partes, desbalanceo en partes rotativas, desgaste por impurezas, montaje con desalineamiento de ejes, desalineamientos de los sistemas de dirección, mal montaje de los rodamientos, cojinetes, aceleraciones y desaceleraciones. En síntesis, todo lo indicado origina fuerzas dinámicas entre los elementos de maquinas que están en contacto durante su funcionamiento ocasionando generalmente fatiga a consecuencia roturas de las diferentes partes de las maquinas, la severidad de las vibraciones depende del estado mecánico de las maquinas siendo identificadas las magnitudes de las vibraciones como. Amplitudes, Frecuencias y Vibraciones.

Por otra parte es necesario indicar que, no siempre toda vibración es perjudicial, muchas veces son proyectadas maquinas que nos dé vibraciones, dentro de valores establecidos tales como en el caso de las vibro compactadoras, chancadoras “clasificadoras de agregados” que nos permiten seleccionar el tamaño del material, todas estas vibraciones son controladas.

Resumen.- Los principales problemas mecánicos que ocasionan Vibraciones dado en porcentajes son:

- Desafinamiento de ejes, pares de engranajes, acoples y partes rotativas 40%.- Desbalanceo operacional por desequilibrio de masas se da en maquinas alternativas,

poleas, acoples y rotores de 20 a 30%.- Resonancia en diferentes elementos mecánicos que se da en un 20%, este fenómeno

se representa en el espectro por vibraciones amplificadas en una banda de frecuencia cercana y a ambos lados de la frecuencia natural o fundamental. Es un fenómeno identificado por el incremento gradual y substancial de la amplitud de la Vibración estando la maquina o cualquier otra estructura en estado técnico satisfactorio, aparece con mayor frecuencia en estructuras, tuberías, vigas, columnas, cubiertas, protectores, pedestales y otros.

Espectro de la vibración Amplificada.

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Razón de amortización

C : amortiguación frecuencia de excitación Cc : coeficiente de amplitud

* Engranajes, Aspas y paletas Dañadas 20%* Falta de Excentricidad 5%* Rodamientos sueltos 2%

Análisis de los Niveles de Vibración.

El análisis nos permite establecer o cuantificar los niveles de vibración y/o la variación de los valores de las variables “Amplitud, Frecuencia y Periodo en función del Tiempo”, a consecuencia de ello nos permite, a) tomar decisiones antes de tener problemas mecánicos de consideración, b) nos permite establecer problemas mecánicos que estén en proceso. La amplitud o magnitud de vibraciones que se identifica en la representación espectral Figura 2.9 de una vibración armónica en función del tiempo, se caracteriza por el radio vector giratorio y es el parámetro que describe la severidad de la vibración. A partir de esa vibración armónica se determina el NIVEL TOTAL, que consiste en determinar los valores, PICO-PICO, PICO y el valor RMS o valor efectivo de una vibración. Al vector giratorio cuyo recorrido es igual al doble de su magnitud se le denomina valor pico-pico, este valor pico-pico, indica.

* El máximo viaje de la onda y es dado por Xmax-Xmin.

* Nos muestra donde la vibración de una máquina es crítica cuando sometida a la máxima fatiga.

* Nos indica el tiempo que dura la onda, el análisis del valor pico-pico normalmente se emplea para las medidas del desplazamiento y es determinado por la diferencia algebraica entre los valores extremos de una magnitud que varia durante cierto intervalo de tiempo, el valor PICO es el valor máximo de las magnitudes, velocidad, aceleración y desplazamiento según la Norma ISO 2041

El valor pico se usa para las mediciones de la velocidad, aceleración y desplazamiento, es importante debido a que indica el nivel de golpes de poca duración o valor máximo que ha alcanzado las magnitudes indicadas, siendo que, las mismas varían durante cierto intervalo de tiempo

Valor pico =

Valor efectivo de la onda o ROOT MEAN SQUARE (RMS), este valor es dado por:

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El valor de RMS, es la medida más importante debido a que, toma en cuenta el tiempo que dura la onda, y da un valor de la amplitud que es directamente proporcional al contenido de energía, consecuentemente de la capacidad destructiva de la vibración.

Instrumentos para medir Vibraciones.

Existen medidores de vibraciones consecuentemente de Amplitudes, Frecuencias y Periodos, estos instrumentos son, el Vibrotest 60, Vibroexpert CM-400, los indicados instrumentos no solo nos dan la amplitud, frecuencia y periodo de la vibración de una maquina o cualquier otra estructura sobre una banda de frecuencia, también nos revelan los componentes individuales de la frecuencia que se encuentra en todo el ancho de la banda, para lo que se hace análisis de frecuencia y generalmente se determinan frecuencias sub sincrónicas, sincrónicas y asincrónicas. Se tiene también el instrumento denominado VIBCANNER que, a) grava y almacena las condiciones mecánicos de la máquina y/o estructuras, b) diagnostica y analiza señales en el tiempo a lo largo de su desplazamiento orbital, c) además corrige problemas de desbalance y des alineamiento de ejes. Es necesario indicar que en el análisis de frecuencia de una máquina desconocida se toma como referencia el espectro de otra máquina de las mismas características y que esté en condiciones de operación idénticas.

Tipos de armónicas de una vibración en la banda o ancho del espectro.

La banda de las frecuencias es dado por el ancho del espectro, cuya unidad es el Hz. en este espectro participan diversas frecuencias para lo que se utiliza filtros que sólo dejen pasar señales de vibraciones que están dentro de la banda de frecuencia determinada.

La banda se determina en función de las revoluciones del motor ejemplo motor de 1000 rpm.

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RMS

Subsincrónica

Sincrónica

Asincrónica

Banda Hz


Figura 2.11

Es el ancho o espacio de una armónica a otro, el ancho total en el espectro será

17 1.000 = 17.000 Hz.

En el gráfico vemos que existe armónicas asincrónicas, sincrónicas, y sub - sincrónicas. Las Armónicas sub - sincrónicas son aquellos que están debajo de la primera armónica o armónica fundamental también denominada frecuencia fundamental y representan frecuencias bajas, las sincrónicas son armónicas que tienen relación directa con las revoluciones del motor también llamado frecuencia fundamental son múltiplos enteros, las asincrónicas son armónicas que están por encima de las revoluciones de trabajo y no son múltiplos enteros. En síntesis, con el análisis de la frecuencia de la vibración se localiza el origen y defectos de los componentes de una máquina o estructuras.

El monitoreo de las vibraciones además de establecer las condiciones mecánicas de las máquinas y otros, también es posible utilizar como una herramienta de control de calidad, nos permite verificar las condiciones en las que se está recibiendo los equipos reparados o reacondicionados antes de ponerlos a trabajar, vibraciones después de un cambio de rodamientos de una máquina significa mal montado “falta de contacto del rodamiento con su alojamiento o apoyo.

Elementos de medición según la norma iso 1000

Variables de las vibraciones

De acuerdo a la norma ISO 2041, se establece como variables de la vibración al Desplazamiento, Velocidad, Aceleración y se las define como sigue.

Desplazamiento.Es una magnitud vectorial que describe el cambio de posición de un cuerpo o partícula en función del tiempo con respecto al sistema de referencia.

Velocidad

Es una magnitud o vector que se determina por la derivada del desplazamiento en función del tiempo

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Magnitud

Desplazamientovelocidadaceleración

Unidades

m, mim, cmm/s, mim/sm/s2


AceleraciónEs la magnitud que se determina por la derivada de la velocidad en función tiempo.

Estas magnitudes están relacionadas entre sí en términos de Amplitudes, es decir, para ondas Armónicas sus amplitudes se relacionan a trabes de la frecuencia de la propia onda según la ecuación.

V= A/2πf; x = V/2πf; x = A/ (2πf) 2

Ejemplo # 1

Determinar la amplitud de la velocidad y la amplitud de la aceleración correspondiente a una vibración cuyo desplazamiento tiene una amplitud de 254 m pico – pico, a 10Hz de frecuencia.

7,98 significa que el recorrido de 254 m, se está efectuando a una velocidad de 7,98m/s y con una frecuencia de 10 Hz:

El recorrido de 254 m se está efectuando con una aceleración de 501 m /s2 pico a una frecuencia de 10 Hz.

Ejemplo # 2Determinar la amplitud del desplazamiento, de la velocidad, siendo que la aceleración tiene una amplitud de 295 m /s2 pico a 10 KHz

40


Se considera a la Amplitud de la onda y al Desplazamiento dado en m, mm, m, a 1a Velocidad por m/seg., mm/seg. y la aceleración en m/seg2, todo esto en la norma ISO 1000

2.8 Tipos de Vibraciones

a) Armónicab) Periódicac) Aleatoria

a) Vibración Armónica

Conforme se ha indicado gráficamente en la parte conceptual, estas vibraciones constituyen la forma más simple de oscilación y es caracterizada de manera absoluta por la amplitud, por la frecuencia, además su característica se completa con información de la fase, estos tipos de vibraciones se dan generalmente debido al desbalanceo de masas, des alineamientos, solturas mecánicas, excentricidad de ejes, poleas, correas, y es estudiado a través de un radio vector rotativo con velocidad angular constante, a partir del cual se define, la amplitud y la frecuencia de oscilación.

Espectro de una Vibración Armónica en Función del Tiempo

A seguir tenemos la representación espectral de la vibración armónica con su amplitud X en función del tiempo, caracterizada por el movimiento circular de un radio vector que representa la amplitud referida, la misma que gira con velocidad angular constante conforme indicamos anteriormente y describe una curva sinodal.

x

41

2

3

4

Wt

0 t

t0

3

x

4

Tp

2”2’

x 1’1

x

t

X


Figura 2.12 Vibración armónica en función del tiempo

Espectro de una Vibración Armónica en Función de la Frecuencia.

El espectro de una vibración Armónica en función de la frecuencia nos permite establecer frecuencias que son múltiplos enteros llamados frecuencia fundamental, también se tiene componentes Sub - Armónicas que dan lugar a frecuencias que son Sub. Múltiplos fraccionarios de la frecuencia fundamental; ½ f0, ¼ f0, y componentes Asíncronas que son armónicas que se dan a frecuencias mayores a la fundamental y son Múltiplos fraccionarios de la frecuencia fundamental; 1¼ f0, 2 ½ f0

Figura 2.13

b) Vibraciones Periódicas

Espectro Vibración en Función de la Amplitud y la Frecuencia.

42


Figura 2.14

Estas vibraciones son movimientos que se repiten periódicamente, ejemplo, las vibraciones de un par de engranaje que tenga uno de sus dientes malogrados, se repetirá toda vez que pasa por el diente malogrado, esta vibración es similar a la Armónica que se repite pasado un cierto intervalo finito de tiempo.

3.-Vibración aleatoria.- Son vibraciones denominadas erráticas, se caracterizan por un espectro que tiene infinitas vibraciones armónicas, y tienen frecuencias en toda la banda del espectro, en consecuencia el espectro estará constituido por infinitos vibraciones armónicas.

Figura 2.15

3.- Des alineamiento.

Se ha establecido que el desalineamiento constituye aproximadamente el 40% de los problemas de vibraciones que se presentan en la industria. Es necesario indicar que el des alineamiento al margen de ocurrir entre los ejes y acoples de maquinas industriales también ocurre entre dos cojinetes, chumaceras, en partes de ruedas dentadas, o en transmisiones por poleas – correas, el espectro característico del desalinea miento es de tres armónicas, el trabajo de alineado de ejes, acoples y otros, consiste en cuantificar la variación de las medidas entre las líneas centrales de los ejes, es decir entre la línea central de un eje y el otro, esta variación es debida a las desalineaciones entre acoples que pueden ser flexibles o rígidos, o a la mala nivelación del suelo para la instalación de la maquina, si bien los acoples flexibles producen niveles relativamente bajos de vibración esto no impide que estos niveles puedan ser suficientes como para dañar los acoples. Los acoples generalmente se alinean con alienadores láser, consiste en dos espejos que mide el Angulo de retorno de la energía reflectiva, existen otros métodos en el que se utilizan un reloj comparador.

43


.Formas de establecer el des alineamiento.- El desalineamiento se determina midiendo en el plano vertical y en el plano horizontal, si las tres primeras armónicas están presentes en el espectro se supone la presencia de desalineamiento, independientemente de que los niveles de estos estén o no dentro de los niveles permisibles, también es necesario indicar que:

1.- Si las tres primeras armónicas son significativas en las mediciones efectuadas en la dirección horizontal, entonces es muy probable que el desalineamiento esté presente en el plano vertical.

2.- Si las tres primeras armónicas son significativas en las mediciones efectuadas en la dirección vertical, el desalineamiento está presente en el plano horizontal

3.- Si las tres primeras armónicas son significativas cuando las medidas son hechas en la dirección axial entonces es muy probable que el desalineamiento sea angular.

4.- Si las tres primeras armónicas son significativas en las tres direcciones, entonces el desalineamiento es total.

Figura 2.16 Apariencia espectral del desalineamiento

Las tres armónicas son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental, cuando el desalineamiento es severo salen hasta 10 armónicas.”La segunda y la tercera armónica no deben superar el 1/3 de la amplitud de la frecuencia fundamental. Es necesario indicar que la frecuencia natural o fundamental depende solamente de la masa, de la rigidez de un sistema o máquina y de las tolerancias de fabricación.

3.1 Desalineamiento en Partes Rotativas

Tipos de Desalineamientos

44


a) Desalineamiento paralelob) Desalineamiento angularc) Desalineamiento combinado (paralelo - angular)

a) Desalineamiento Paralelo:

En este tipo de desalineamiento la variación de la línea central de los ejes se cuantifica por la distancia perpendicular entre la línea central de un eje y la misma línea del otro eje. Se corrige moviendo paralelamente una de la máquina.

b) Desalineamiento Angular:

El deslizamiento angular ocurre cuando las líneas centrales de los ejes forman un ángulo entre sí. Su corrección requiere desplazamiento a través del ángulo formado y traslación paralela.

45


c) Desalineamiento Combinado:

Es el más común de los desalineamientos y es la combinación de los dos tipos anteriores, paralelo y Angular”, se soluciona moviendo el motor y el compresor, esto en el caso del diseño.

4.- Desbalance de Masas y espectro.

El desbalance es otro problema mecánico común que se da en las industrias por vibraciones, siendo la causa principal de estos problemas mecánicos aproximadamente el 30%. El desbalance generalmente es definido. En base de la no coincidencia del eje de rotación y el eje principal o longitudinal de inercia del rotor, este fenómeno se da generalmente por el desequilibrio de masas, la armónica del desbalance es proporcional a la rotación del eje del motor u otro elemento mecánico, siendo este problema mecánico proporcional a la rotación se manifiesta a una frecuencia de 1x RPM del elemento rotatorio des balanceado y consta de una sola armónica.

Tipos de desbalance

Desbalance Estático Desbalance Dinámico

Es aquel en el que, el eje de rotación esta desplazado paralelamente con relación al eje longitudinal principal o de inercia del rotor, esto se da cuando existe mayor peso en determinado punto del disco o del eje, también se da en la banda de rodado de los vehículos, en este último cuando este peso entra en contacto con la superficie del suelo, la rueda salta. “no garantiza que la, distribución de masa sea uniforme”.

Tratándose de ejes, es cuando el eje longitudinal o principal de inercia del rotor no intercepta al eje de rotación y tampoco es paralelo a este, también se da desbalance dinámico cuando existe mayor peso en uno de los lados del disco, rotor o llanta o aro de la llanta, esto provoca vibración. Se corrige balanceando o poniendo pesos a ambos lados del elemento rodante o disco.

46


Figura 2.17

Espectro del Desbalance Estático

Figura 2.18

Los desbalances generalmente se producen por desgaste radial superficial no uniforme, erosiones o cuando el rotor posee una masa concentrada a cierta distancia con respecto al centro de rotación lo que produce un vector fuerza de cierta magnitud. El espectro presenta una armónica dominante con una frecuencia igual a 1 RPM 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. Para decidir que si el balanceo será dinámico o estático, en uno o en los dos planos debe tomarse en cuenta la relación L/D de los rotores.

Espectro del Desbalance Dinámico

El desbalanceo dinámico ocurre en rotores medianos y largos, es debido principalmente a desgastes radiales y axiales simultáneos en la superficie del rotor. El espectro al igual que el desbalance estático presenta una armónica dominante y otras tres de amplitudes menores a la frecuencia igual a 1 RPM del rotor. Se recomienda para corregir la falla balancear el rotor en los dos planos con las masas adecuadas y en las posiciones angulares calculadas con un equipo de balanceo dinámico.

47


Figura 2.19Cantidad de desbalance

La cantidad de desbalance debe ser expresado en gramos milímetros “g-mm” mediante la fórmula.

Para obtener con precisión es necesaria considerar la masa del rotor y expresar en unidad

Relativa de masa dado por , debido a que la magnitud de desbalance no es

la misma para una de masa pequeña en reacción en otro rotor de masa grande, con masas grandes se siente más la severidad de la vibración.

Espectro de una holgura Mecánica con relaciona a su cojinete

En este tipo de holgura, el espectro de la vibración presentara una armónica en la frecuencia de rotación del eje y otra armónica de amplitud menor y una frecuencia ligeramente menor que la frecuencia de rotación. Esta última armónica corresponde a la velocidad con la que el aro interior o cojinete se está moviendo “también llamado como insuficiencia en el ajuste del eje con respecto al cojinete”.

48


Figura 2.20

Holgura Mecánica con respecto al alojamiento del rodamiento

Espectro

Figura 2.21

Se caracteriza por el elevado fondo de ruido, por lo que, en el espectro se observa que los picos no salen de la base, es un espectro característico de insuficiencia en el ajuste del rodamiento respecto a su alojamiento, “rodamiento suelto”. En el espectro se distingue de forma clara cuatro primeras armonías a la frecuencia de rotación, observándose armónica hasta el orden de 12 como en el caso indicado, se trata de armónicas múltiplos enteros de la frecuencia fundamental y se dan debido a impactos entre elementos rodantes.

3. Medición de vibraciones en rodamientos

Por lo general para medir vibraciones en rodamientos se suelen emplear instrumentos relativamente simples que auxiliados por un filtro permiten determinar solamente las frecuencias que se quieren medir, lo cual no descarta la aplicación de instrumentos sofisticados y costosos. Para la medición de la vibración en rodamientos es necesario decidir que medir, por ejemplo, los espectros de “desplazamiento” no reflejan la mayor parte de la información relacionada al estado mecánico del rodamiento, ya que este parámetro resalta el contenido energético o la severidad de las vibraciones de baja frecuencia, por otro lado, la aceleración refleja con mayor claridad las vibraciones de alta frecuencia generadas por los defectos del rodamiento, considerándose el mejor indicador para estudiar la evolución del estado mecánico de este elemento, sobre todo, desde la etapa inicial del fallo. No obstante la velocidad muestra una gran versatilidad para la identificación de problemas en rodamientos aun en maquinas de baja velocidad.

49

Fondo de ruido


Estructura de un Rodamiento

Figura 2.22

Frecuencia generadas por los Rodamientos

Una maquina cuyos rodamientos presentan defectos pueden generar vibraciones en sus componentes en por lo menos cinco frecuencias:

1. Frecuencia de operación del rotor2. Frecuencia de paso de la Jaula3. Frecuencia de paso por el aro exterior4. Frecuencia de paso por el aro interior5. Frecuencia de paso de los elementos rotativos

Calculo teórico de estas frecuencias

Frecuencia de paso de la Jaula

Vi = Velocidad de rotación del aro internoVe = Velocidad de rotación del aro exterior

50


= Angulo de contacto

Frecuencia de paso por el aro exterior

n = Numero de elementos rodantes

Frecuencia de paso por el aro interior

Frecuencia de paso de los elementos rodantes

Los problemas en los rodamientos generalmente se dan en las pistas, en los elementos rodantes y en las jaulas, o también pueden presentarse como una combinación de estos.

Espectro de la manifestación y evolución de fallas en rodamientos

51

Zona A Zona B Zona C

200 Hz 500 Hz 2000 Hz

m/s

s

Aceleración


Figura 2.23

Para estudiar cómo evoluciona una falla en rodamientos es necesario definir tres zonas dentro del espectro de vibraciones, debemos comenzar indicando que los rodamientos pueden generar vibraciones en una banda hasta de 2000Hz de manera que este será el límite superior de la frecuencia de los espectros con la que será ilustrada la evolución de la falla en el rodamiento o través de las tres zonas A, B, C que aparece en el espectro.

La zona A del espectro es la zona en la que aparece la frecuencia fundamental y una segunda o tercera armónica, la zona B es la que comienza al final de la zona A y se extiende hasta una frecuencia aproximadamente de 500Hz, a partir de esta frecuencia hasta la 2000Hz queda limitada la zona C. Se ha establecido que el inicio u origen de defectos en el rodamiento generan vibraciones a frecuencias en un rango de 250 Hz y 350 Hz.

La presencia de pequeños defectos locales provoca que, cada vez que el elemento rodante pase por estos, genere un impacto que excitara las frecuencias de resonancia, del rodamiento y/o de su alojamiento, las frecuencias de resonancia varían de acuerdo con el tipo y la aplicación de los rodamientos.

Causas de fallas en los rodamientos

Holgura excesiva.- Las holguras excesivas pueden tener su origen.

1.- En el propio diseño del rodamiento.2.- En el montaje incorrecto de este, ya sea en el eje o en su alojamiento.3.- Se debe también a la presencia de ciertos agentes corrosivos en el lubricante, estas holguras se manifiestan en los espectros con bajas amplitudes y ruidos de banda ancha.

Sobre Carga.- La sobre carga es un factor muy importante que afecta a la vida útil del rodamiento, para demostrar cuantas horas la sobrecarga reduce la de vida útil ilustraremos con el siguiente ejemplo:

Sea un rodamiento que está siendo sometido a una carga dinámica equivalente 4358N instalado en un ventilador centrífugo que opera a 2220RPM. El rodamiento instalado posee una capacidad de carga dinámica de 87100N.

C = Capacidad de carga Dinámica en newtonP = Carga dinámica a la que está sometido equivalente en newtonp = Exponente del tipo de elemento rodante (3 bolas; 10/3 rodillos)

52


Trabajaría las horas calculadas siempre y cuando estuviera en condiciones normales de operación. Supongamos que el rotor de este ventilador tiene 1200mm de diámetro y que tiene un desbalance equivalente a una masa de 20g ubicado a 600mm del centro de rotación. Considere la masa del rodete 95Kg. Con lo que el grado de desbalance será:

Cálculo de la fuerza dinámica que este desbalance genera en el ventilador

Con lo que estimamos la vida útil de este rodamiento.

59933 – 39542 = 20319, Horas de operación perdidas por un desbalance.

Lubricación deficiente.- La ausencia de suficiente lubricación, el exceso de lubricante, el empleo de un lubricante inapropiado o la lubricación a intervalos irregulares, conduce a cambios en la dinámica de funcionamiento del rodamiento, reflejándose estos en el espectro de vibraciones, dándose resonancias en los componentes del rodamiento.

53


Instalaciones deficientes.- Sobre todo en nuestro medio es común cometer errores en el montaje y desmontaje de rodamientos, a menudo se ve el uso de martillos y herramientas inapropiadas para instalar o extraer un rodamiento, o el uso de técnicas inadecuadas como calentar el rodamiento y lograr así un montaje con mayor apriete.

Acción de Ácidos.- Los ambientes con alto nivel de humedad donde predominen las sales o donde estén presentes los ácidos o vapores, son ambientes que favorecen el deterioro de las superficies en contacto.

Falla en la pista interna.-

Figura 2.25

Se da por agrietamiento o erosión del material de la pista interna, por errores de ensamble, esfuerzos anormales, corrosión, partículas externas o lubricación deficiente, estos defectos producen una serie de armónicas siendo los picos predominantes 1f0 y 2f0

que se dan a la frecuencia de rotación o los R.P.M. del motor, la frecuencia de la falla interna es medida en dirección radial. Además el contacto metal - metal entre los elementos rodantes y las pistas producen pulsos en el dominio del tiempo de orden de 1-10 KHz. Establecida esta situación el rodamiento debe ser reemplazado debido a que la falla seguirá incrementándose, antes revise el estado de lubricación del rodamiento rodante.

7.- Falla en la pista externa.- Esta falla se ha identificado como holgura respecto a su alojamiento, por lo que se tiene un espectro de armónicas hasta del orden de 12 y un elevado fondo de ruido que caracteriza el espectro “uso de alojamiento inadecuado”.

54


Figura 2.26

1. Frecuencia de Engrane.

Figura 2.27 frecuencia de engrane en transmisiones por engranajes

La frecuencia de engranaje se determina multiplicando el número de dientes Zp del Piñón por la velocidad de operación.

En transmisiones por engranajes se genera impactos cada vez que el diente deteriorado engrana, la frecuencia que se genera depende de la velocidad, y del número de dientes del piñón. La excentricidad, la relación de engrane constituye un parámetro sumamente importante que debe ser evaluado a través de la factoracion del numero de dientes de cada rueda.

Espectro característico de la frecuencia de engrane y frecuencias del piñon conductor y rueda conducida.

55

Am

pli

tud

Hz25000


Figura 2.29

El espectro mostrará armónicas de 1 y 2 RPM del piñón conductor y de la rueda conducida. Adicionalmente, mostrará bandas laterales alrededor de la Frecuencia de Engrane GMF (Gear Mesh Frecuency), el engranaje se encuentra en buen estado si estos picos de vibración se encuentran en niveles relativamente bajos, está en función a las características de las máquinas o régimen de explotación su manejo requiere personal especializado en la interpretación y obtención de datos.

Fallas en Engranajes “causas”

La mayoría de las fallas en transmisiones dentadas que son identificadas a través de las vibraciones, tiene su origen en problemas de excentricidad, montaje deficiente en el árbol, desalinamiento de la propia transmisión, oscilaciones torsionales, desgastes, fractura del dentado, inapropiada relación entre el número de dientes y errores de cilindrada. Los problemas de excentricidad pueden responder a situaciones.

- Engranajes con error de cilindrividad- Engranajes montados en árboles flexibles.- Engranajes cuyos números de dientes tienen como factor común a la unidad y una

de las ruedas esta excéntrica.

Es necesario indicar que la presencia de amplitudes altas a frecuencias 1 RPM de la rueda dentada no significa error de excentricidad o error de cilindricidad sino, problema de desbalance.

Desgaste en Diente:

56


Figura 2.30

Ocurre por operación más allá del tiempo de vida del engranaje, contaminación de la grasa lubricante, elementos extraños circulando en la caja del engrane, montaje erróneo, su espectro se caracteriza por la aparición de vadeamiento lateral alrededor de la frecuencia natural de vibración (f) del engrane defectuoso. El espaciamiento de las bandas laterales es 1 RPM del engrane defectuoso. Si el desgaste es avanzado, hay sobre excitación de la GMF, frecuencia de engrane los mismos que generan pulsos con un amortiguamiento relativamente alto, el periodo de repetición del pulso indica la continuidad de dientes con defectos de grietas, careado o fracturado, para solucionar el problema debe cambiar o rectificar el engranaje (sólo si este no está sometido a grandes cargas y la urgencia lo amerita). Si el desgaste es prematuro inspeccione desalineación en el eje o excentricidad en el engranaje.

2. PROCEDIMIENTOS PARA APLICAR EL MÉTODO VIBRO-DIAGNOSTICO

Se escoge o prepara puntos adecuados, estos pueden ser de apoyo, o puntos en las que las señales dinámicas o vibraciones mecánicas, pueden ser con facilidad captada y puntos críticos “estos puntos a veces ya están indicados”.

La aplicación de esta técnica de vibración establece como punto de partida, obtener y seguir los procedimientos abajo indicados:

1. Documentación básica del suministrador de la maquina, espectro base, datos específicos.

57


2. Elección de máquinas sujetas a mantenimiento predictivo.3. Definiciones de las unidades de medidas, puntos y direcciones para cada máquina.4. Familiarización con el espectro y presentación del resultado de la medida, gráfico

de tendencias, amplitud total y armónicas.5. Análisis de niveles de severidad y toma de decisiones.

RESUMEN

1. Todas las máquinas o conjuntos de las maquinas tienen un nivel de vibraciones y ruidos propios que pueden considerarse normales, si estas vibraciones y ruidos aumentan es debido a diferentes problemas mecánicos.

2. El análisis de las vibraciones que se hace en función de la frecuencia nos informan sobre la naturaleza del problema mecánico e identifican la parte o componente dañado.

3. Las fuerzas que dan lugar a vibraciones son generadas por movimientos alternativos y rotativos de los componentes de las máquinas o equipos, cambiando tanto en magnitud como en dirección a medida que la pieza modifica su posición “las vibraciones son variables en función del tiempo”.

4. Los rodamientos que presentan defectos en su pista, siendo ellos de bolas, de rodillos y los engranajes ocasionan vibraciones de alta frecuencia, producen frecuencias varias veces a las RPM de la parte de la máquina y no son múltiplos de la rotación.

5.- El mantenimiento predictivo es basado en acciones técnico científico que analiza y diagnostica las condiciones presentes, futuras y pasadas de la máquina o equipo.

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO

La implementación del mantenimiento predictivo contempla las siguientes etapas:

a) Elección de maquinas sujetas al mantenimiento predictivo.

b) Medición periódica de las diferentes magnitudes.

c) identificar los defectos y causas.

d) Pronostico del comportamiento en el tiempo de los defectos o fallas.

e) Planificación de la intervención o reparación.

f) Corrección del problema y eliminación de las causas

En las páginas siguientes ilustraremos algunas planillas para la recolección de datos de 58


motores y sus respectivas variaciones de desplazamiento y velocidad, consiguiendo de estaManera obtener tabulados los datos del motor o motores, determinando el estado de estos y su posterior fecha de mantenimiento.

FRECUENCIA VIBRACIONAL CPM

Figura 2.32

59


60


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61


FRECUENCIA EN RPM

CAUSAS MÁS PROBABLES

OTRAS CAUSAS POSIBLES Y COMENTARIOS

1 x rpm Desequilibrio. 1. Gorrones, engranajes o poleas excéntricas.2. Eje desalineado o deformado – en caso de alta

vibración axial.3. Correas defectuosas si se trata de rpm de correa.4. Resonancia.5. Fuerza recíproca.6. Problemas eléctricos.

2 x rpm Juego mecánico excesivo.

1. Desalineación en caso de alta vibración axial.2. Fuerza recíproca.3. Resonancia.4. Correas defectuosas si se dé 2 x rpm de correas.

3 x rpm Desalineación De costumbre se trata de desalineación y juego axial excesivo (soltura) combinados.

Menos de 1 x rpm

Movimiento giratoria del aceite menor de ½ rpm.

1. Correas de transmisión defectuosas.2. Vibración ambiental.3. Resonancia subarmónica.4. Vibración que late.

Sincrónica (Frecuencia de línea AC)

Problema eléctrico.

Los problemas eléctricos más frecuentes incluyen las barras de rotor rotas, rotor excéntrico fase desequilibradas en sistemas polifásicos, abertura de aire desigual.

2 x sincrónica frecuencia

Pulsaciones de torque

Problema raro a menos que se excite la resonancia.

Muchas veces la RPM (frecuencia armónicamente relacionada

Engranajes defectuosos.

Fuerza aerodinámica soltura mecánica fuerza Reci.

Número de dientes multiplicado por las rpm del engranaje defectuoso.

Número de palas de ventilador por la rpm.

Número de aletas, impulsoras por la rpm podrá darse a 2, 3, 4, o más armónicas, de ser mucha la soltura.

Frecuencia elevada (sin relación armónica).

Cojinetes antifricción defectuosos.

1. Vibración del cojinete puede ser inestable en cuanto a amplitud y frecuencia.

2. Cavitación, recirculación y flujo turbulento provocan vibración, casual de alta frecuencia.

3. Lubricación incorrecta de cojinetes de gorrón (vibración excitada por fricción).

4. Frotamiento.

62


Síntesis.- Para implementar un mantenimiento predictivo en función de las características tecnológicas de la empresa mínimamente se requieren los siguientes instrumentos:

- Un analizador de vibraciones- Endoscopio- Estroboscopio- Termo grafía Industrial o infrarrojo- Ultrasonido- Rayos X- Rayos gamma

3. ELEMENTOS DE MEDICION DE LAS VIBRACIONES

9.1 Transductor de vibraciones.Transductor es un dispositivo que capta la energía de un sistema y suministra

energía ya sea del mismo tipo o de otra naturaleza hacia otro sistema, de forma tal que a la salida del transductor aparecen la característica de interés de la energía de entrada. Sin embargo cuando se mide vibraciones con el objeto de diagnosticar problemas en maquinas o estructuras, el análisis se debe efectuar en el dominio de las frecuencias para lo que en forma funcional se emplea un sistema como él a seguir indicado.

Figura 2.33

La señal eléctrica que entrega el censor deberá ser acondicionada por el llamado pre-amplificador para luego ser leída por el detector indicador que presentara la información de forma digital o analógica. Para ejecutar el análisis por frecuencias es necesario incorporar un filtro y un registrador grafico, que en operación conjunta con el detector indicador serán los encargados de descomponer la señal vibraciónal, en sus múltiples amplitudes y frecuencias produciendo el conocido espectro de la vibración.

9.2 Transductor de desplazamiento.- Los transductores de desplazamiento son de gran utilidad industrial, ya sea con el objetivo de medir la expansión de la carcasa de una turbina o el movimiento orbital de un eje en su cojinete de desplazamiento, existen varios tipos de transductores de desplazamiento siendo clasificados en tres grupos.

a) Transductor de desplazamiento por contacto63

pre-amplificador

Registrador

FiltroDetector indicador

Maquina

Sensor

Apoyo


b) Transductor de desplazamiento sin contacto.c) Transductor de corriente Eddy

a) Transductor de desplazamiento por contacto.- Este tipo de transductor de desplazamiento necesita del contacto físico en la superficie que vibra y su diseño está sustentado por dos enrollados y un núcleo cilíndrico el enrollado primario se energiza a través de una tensión eléctrica alterna con amplitud constante y frecuencia de entre 1 y 10 Hz,. Esta a su vez produce un campo magnético en el centro del transductor que induce una señal eléctrica en el enrollado secundario de acuerdo con la disposición del núcleo, la señal de salida del secundario se procesa y luego de ser rectificada y filtrada se cuantifica como una señal directa que puede variar entre 4 y 20 mA en función de la posición del núcleo móvil. Este tipo de transductor es también conocido como el “transductor diferencial lineal variable”, posee su mejor cualidad en el hecho de que su núcleo es móvil y no hace contacto con otros componentes que pueden absorber energía mecánica, lo cual le atribuye una extensa veta útil y una alta precisión.

Figura 2.34

b) Transductores de desplazamiento sin contacto.- El principio de funcionamiento está en la proporcionalidad que existe entre la capacitancia y la distancia entre las placas de un capacitor, puede ser aprovechada para medir el desplazamiento relativo entre la superficie de la maquina y el transductor. Esta variación se traduce en cambio de la capacitancia del circuito de mediación lo cual se convierte posteriormente en una señal eléctrica aprovechable por medio de diferentes circuitos de detección, el autor ha empleado este tipo de transductor en la determinación de las llamada indentación en cojinetes de rodamientos.

c) Transductor de corriente Eddy.- Por otra parte los llamados traductores de corrientes Eddy están siendo muy utilizados para la medición de holguras dinámicas en cojinetes de desplazamiento que combinados adecuadamente permiten analizar o disponer del comportamiento orbital del eje o también pueden ser empleados como detectores de velocidad de potencias.

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9.3 Acelerómetro Piezoeléctrico.

Consiste en dos placas o pastillas de material piezoeléctrico que cuando comprimida o deformado por fuerzas aparece carga eléctrica en ambas caras, estas cargas eléctricas varían

en función del tiempo, son utilizados para sentir las vibraciones mecánicas y convertirlas en una señal eléctrica. El diseño de este dispositivo posibilita obtener una señal eléctrica proporcional a la aceleración de la superficie donde haya sido fijada, este acelerómetro puede ser fijado a la superficie donde se desea efectuar la medición y el análisis de diferentes elementos con pernos de acero, cera de abeja, dependiendo del elemento de fijación empleado se podrá contar con un mayor o menor aprovechamiento del rango de frecuencias del acelerómetro durante la medición. Por otra parte es necesario indicar que el montaje con perno de acero se hace para medir vibraciones en una bomba de alta frecuencia, también se emplea para el monitoreado permanente de las vibraciones en maquinas y estructuras.

Figura 2.35

9.4 Montaje con cera de abeja

Este método de fijación es empleado para realizar mediciones rápidas o cuando no es posible taladrar la superficie de medición o cuando se utiliza acelerómetros que no poseen agujeros roscados en su base.

Figura 2.359.5 Puntero

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Es un elemento que se usa para captar las vibraciones, las lecturas se toman haciendo las mediciones radial y axial, estos acelerómetros también llamados punteros generalmente son utilizados para medir vibraciones en rodamientos cuando a estos instrumentos incluimos un filtro que permite analizar la frecuencia deseada, los acelerómetros tienen cables que no son sensibles a las influencias externas o temperaturas del medio ambiente, por lo que generalmente toleran temperatura hasta de 250°C, encima de estas temperaturas su sensibilidad es alterada. La selección o adquisición de los instrumentos está en función a las características de las máquinas o régimen de explotación su manejo requiere personal especializado en la interpretación y obtención de datos.

10 INFLUENCIA DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN EL APROVECHAMIENTO DE REPUESTOS

A diferencia del mantenimiento preventivo con el que cambiamos piezas por el sólo hecho de haber alcanzado un cierto número de horas de funcionamiento, sin que se presente señales de fallas, el mantenimiento predictivo, optimiza la utilización de repuestos, permite la programación de la compra de repuestos, sólo para los casos que con certeza se conoce que deben ser reemplazados, esto se hace mediante el diagnóstico técnico-científico del estado mecánico de las máquinas, con lo que se disminuye los costos de repuestos y de almacenamiento.

11 VENTAJAS DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO.

1. Nos permite tener un criterio preciso sobre las condiciones de operación de la maquina.

2. Se tiene mayor rentabilidad, debido a que nos asegura disponibilidad de los equipos, permite la optimización de los costos de mantenimiento, tanto en repuestos como en mano de obra, se cambia solamente las piezas que se requiere y se lo hace de forma adecuada.

3. El mantenimiento predictivo se puede realizar sin parar la producción, planificando en coordinación con el departamento de producción o disponiendo espacios de tiempo que se llaman ventanas de mantenimiento, con este tipo de mantenimiento no existen paros intempestivos.

4. Nos permite reducir la cantidad de repuestos en los almacenes, se tiene un stock de repuestos estrictamente necesarios debido a que con el monitoreo continuo se establece el estado real de mas máquinas y el tiempo que le resta de trabajo de las piezas y trabajo de las piezas y partes.

5. Se elimina paradas intempestivas, dándonos alta disponibilidad de los equipos, permitiéndonos una planificación correcta para realizar los mantenimientos.

6. Elimina daños secundarios es decir, se cambia oportunamente las piezas antes que afecte a otros componentes del sistema.

7. Se optimiza las reparaciones, “las reparaciones son bien hechas debido a la alta calidad de mano de obra que requiere este método e instrumentos utilizados”.

12.- SITUACIÓN DE INAPLICABILIDAD

Ante todo un sistema de mantenimiento cualquiera que fuera debe estar económica y

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técnicamente justificado el objetivo no es su existencia por el solo hecho de existir, al margen del análisis económico y técnico existen casos de inaplicabilidad por diferentes razones, presentándose los siguientes que son los más comunes.

1. Industrias con niveles de operación reducidas a pocas horas o paradas frecuentes.En este caso, existe la posibilidad de realizar inspecciones o reparaciones durante los períodos de paradas sin perjudicar la producción.2. Máquinas poco conocidas, máquinas en las que es necesario un tiempo razonable para alcanzar conocimiento básico de sus características o experiencias para relacionar señales de fallas. 3. Máquinas donde el operador está en contacto directo durante toda su operación. En este grupo se encuentra las máquinas herramientas, donde el operador tiene todo el conocimiento necesario para detectar fallas y su procedencia. 4. Máquinas riesgosas. Estas se refieren a los casos donde existen situaciones que pongan en peligro al personal que se ocupa de la toma de datos.

CRITERIOS EQUIVOCADOS DEL JEFE DE MANTENIMIENTO CON RELACIÓN A LA PROVISIÓN DE REPUESTOS

1. Contar con un stock grande de repuestos con el fin de garantizar su pronta reparación ante cualquier emergencia, esto significa un alto costo por su baja rotación de los repuestos.

2. Contar con un stock pequeño de repuestos debido al costo que representa la tenencia de estos, este hecho si bien no influye negativamente en la inmovilización económica genera retrasos en las reparaciones y perjuicios en la producción.

La primera alternativa se aplica con mayor frecuencia. Por la necesidad de optar por una mejor alternativa nace el mantenimiento predictivo, que nos permite la programación de compra de repuestos sólo para los casos que realmente será necesario cambiarlo, esto en función de un análisis técnico-científico del estado mecánico de las máquinas.

INFLUENCIA DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN LA ELABORACIÓN DEL PRESUPUESTO DE MANTENIMIENTO

Todo presupuesto se realiza en función de objetivos, metas en el caso en función de un objetivo empresarial que es la “rentabilidad”, los parámetros técnicos para la elaboración del presupuesto son:

1. Requerimientos del mantenimiento de producción.2. Establecer el estado real de las máquinas o instalación industrial, propuesta de

inversión o alternativas del tipo de mantenimiento.3. Analizar los recursos humanos con el que se cuenta para el mantenimiento, “mano

de obra, materiales, todo ellos deben estar de acuerdo a las existencias y al tipo de mantenimiento requerido en función a los objetivos empresariales.

Factores que exigen la implementación de técnicas modernas de mantenimiento

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1. La presión competitiva a nivel mundial en cuanto a la calidad, precios y productividad “hacer más con menos” por lo que la tecnología en el mantenimiento será o es un recurso importante.

2. El hecho de haberse probado resultados buenos en cuanto a la economía, rentabilidad, aumento de ventas en consecuencia ganancias.

Factores que dificultan su implementación

La falta de comprensión cabal de las ventajas competitivas y del ahorro que significa en los costos de mantenimiento y otros, generalmente los gerentes no son técnicos difícilmente se les convence sobre nuevas tecnologías de mantenimiento prefieren derivar recursos para propaganda y mercadeo, tareas afines a su formación, en síntesis gerente de mantenimiento y gerente administrativo tienen criterios diferentes, la falta de comprensión cabal de lo que significa ser una empresa competitiva hace que los recursos sean derivados a tareas de inmediato retorno de lo invertido. Actualmente técnicas avanzadas de mantenimiento son utilizados por grandes empresas que tienen procesos continuos de producción, y de ellos escasamente 30% de nuestro medio por las características de sus equipos y procesos de producción o prestación de servicios, entre ellas ENDE, SEMAPA, LLOYD y la antigua YPFB.

CRITERIOS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO

1. Debe identificarse la priorización de las áreas que se beneficien con este programa de mantenimiento predictivo.

2. Debe identificarse procedimientos, métodos y los equipos críticos para la implementación del mantenimiento predictivo

Objetivo a Largo Plazo.

1. Asegurar la competitividad acompañando el proceso de desarrollo tecnológico y científico, proporcionar disponibilidad en los equipos o de servicio, asegurar calidad a bajo precio, asegurar la rentabilidad,

2. Reducir y eliminar las interrupciones de producción en equipos críticos sin repuestos debido al mantenimiento no programado.

3. Reducir el costo del mantenimiento mediante la utilización al máximo de los recursos de mantenimiento, y mantener un stock mínimo de repuestos.

4. Elevar el estatus del departamento de mantenimiento, en cuanto a responsabilidad se refiere.

CATEGORIA DE EQUIPOS CRÍTICOS

Categoría uno

Son aquellos para los que los repuestos son escasos, y dándose fallas puede ocasionar grandes pérdidas tanto en producción o vidas humanas, que a la vez tienen costos de reparaciones elevadas, y el tiempo de espera para la obtención de repuestos largo.

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Categoría dos

Son aquellos en los que la parada o falla paraliza y restringe severamente la producción entre ellos están: Los equipos que afectan más del 15% dc la planta y los equipos con potencias mayores a 75 HP.

Categoría tres

Son aquellos que no intervienen en el proceso productivo, en consecuencia su programación de mantenimiento puede dejar de ser ejecutada.

Resumen de los resultados del mantenimiento predictivo

ACLARACIONES

1.- Capacidad productiva

Se entiende por capacidad productiva, al incremento de la producción, debido a que las condiciones mecánicas de las máquinas estarán siempre en buen estado, en consecuencia se tendrá productos de buena calidad y un mercado consumidor satisfecho.

2.- Rentabilidad

Es función directa de la productividad y la calidad del producto, existiendo producción de buena calidad hay mercado consumidor y existe posibilidad de ampliar la fábrica, posibilidad de incrementos salariales, posibilidad de primas y mayores fuentes de trabajo.

3.- Reducido costo de producción

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Rentabilidad.Mayores salarios.Inversiones privadas. Empresario satisfecho

Planificación inspección,Detección de fallasMonitoreoDisponibilidad.

Departamento de mantenimiento predictivo, personal especializado, instrucción en función de las características de las máquinas.

Capacidad productiva y calidad

Mercado bien atendido y en constante crecimiento

Reducción costo de producción y reparaciones.


Los costos de producción representan costos del operador, costos de mano de obra normales y extraordinarios, costos de inspección, repuestos, insumos, alquileres e intereses de la inversión. Como quiera que el mantenimiento predictivo permite la planificación de la mano de obra, difícilmente se dará horas extraordinarias, y se tendrá stock de repuestos que obedezca a nuestras necesidades reales.

Resumen: Resultado del Mantenimiento sin Planificación

“Fallas Repentinas”

Como resultado de las fallas repentinas al margen de los perjuicios económicos por la interrupción de la producción suele existir pagos de indemnizaciones a los clientes

Requisitos para que una empresa moderna tenga éxito

1. Las empresas industriales productivas o empresas de servicios modernas al margen del uso de la tecnología en el mantenimiento de forma oportuna con lo que obtienen ventajas tales como rentabilidad, productividad, calidad y competitividad, introdujeron el concepto de mantenimiento estratégico cuyo objetivo es buscar aun mayores ventajas competitivas mediante sistemas modernos de administración “sistemas abiertos o participativo “que consisten en hacer participar a todas las secciones involucradas en el proceso productivo o de servicios.

2. La calidad y el precio de los productos industriales y prestación de servicios caracterizan a las empresas modernas y todo lo indicado están íntimamente relacionado con la calidad de los recursos humanos. Las empresas sin importar su género exigen cada vez más recursos humanos actualizados, motivados con capacidad innovadora y comprometida con los objetivos institucionales. El Japón,

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Consecuencia de las Fallas Repentinas de las Máquinas

Incumplimiento de plazos y cantidad de entrega de los

productos.

Interrupción de la producción.

Mano de obra ociosa existe tiempo de espera del

personal

Retraso en la entrega De los Pedidos

Se hace necesario hacer encargos a

terceros.

Horas extras para Reparar lo más Antes posible.

Cliente cancela pedidos futuros.

Pérdida de Mercado


país que desarrollo el mantenimiento productivo total “cero defectos en los productos acabados” en gran parte tuvo su éxito por la aplicación de su cultura de buenos hábitos “las 5S que son: clasificar, ordenar, limpiar, organizar y autocontrol”.

Mantenimiento productivo total “M.P.T.”

Es de análisis bastante complejo que toma en cuenta desde él diseño o proyecto “Ingeniería Básica” y todo el proceso de producción hasta el fin de vida Útil del equipo y/o planta industrial, este tipo de mantenimiento es conocido como “COSTO CICLICO DE VIDA ÚTIL” siendo el resultado: mejor calidad, eficiencia del mantenimiento, reducción casi total de paros por emergencia, elevado nivel de disponibilidad del equipo y/o plantas industriales, reducción de costo de producción y mejor rentabilidad, es el mantenimiento aplicado de empresas modernas y de alta competitividad.

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Capitulo 2.1 (Reparado)

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