Criterios de medida y evaluación para vibraciones relativas del eje

VIBRACIONES MECÁNICAS

TEMA 5: Medida de Vibraciones

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Criterios de medida y evaluación para vibraciones relativas del eje



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Criterios de medida y evaluación para vibraciones relativas del eje

Criterio 1: Las vibraciones relativas del eje no deben de exceder ciertos valores máximos

Criterio 2: La variación en las vibraciones del eje respecto a los valores iniciales no deben exceder de ciertos límites



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Vibraciones relativas del eje

Vibraciones del eje en turbinas de vapor según VDI 2059-2

A→ Límite para operación contínua máquinas nuevas (recepción)

B→ Vibración todavía permitida para operación contínua (valor de alarma)

C→ Desconexión de máquinas (valor de disparo)



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Vibraciones relativas del eje

Vibraciones del eje según ISO 7919-5

A→ Límite máquinas nuevas (recepción) B→ Vibración para operación contínua C→ Límite para operación no contínua

Valor de alarma <1.25 x B Valor de disparo <1.25 x C



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Ejemplo de Diagnostico Frecuencial Análisis de una Soplante



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PROBLEMAS TÍPICOS EN MAQUINARIA ROTATIVA

Puntos de medida Extremo 1:

1-2 Radial y 3 Axial Extremo 2:

4-5 Radial y 6 Axial

Desequilibrio El desequilibrio se origina por no estar la masa uniformemente distribuida respecto del centro de giro del centro del rotor, de modo que el centro de gravedad y el centro de giro no coinciden. Tipos:

Estático Par Dinámico

Detección:

Tipo de desequilibrio

Frecuencia (cpm)

Amplitud respecto a los extremos

Fase respecto a los extremos

Dirección de medida

Estático 1xrpm Misma amplitud Misma fase Radial De par 1xrpm Misma amplitud Desfase de 180o Radial

Dinámico 1xrpm Diferente amplitud Fase cualquiera Radial



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Desalineación La desalineación es un problema extremadamente común. A pesar de los cojinetes “auto-alineantes” y manguitos de unión flexibles, es difícil alinear dos ejes y sus cojinetes de forma que no existan fuerzas que causen la vibración Tipos: (Acoplamientos de ejes)

Angular Longitudinal Mixta

Otros tipos: Desalineación entre eje y cojinete o rodamiento Detección: Puede ser confundido con desequilibrio en las medidas radiales. Frecuencia (cpm) Amplitud Dirección

1,2,3xrpm vib. axial es superior al 50% de la vib. radial (Angular)

Axial

1,2,3xrpm Mayor amplitud 2x (Longitudinal) Radial

Holguras y piezas sueltas Si uno de los pernos de sujeción estuviese flojo, por el desequilibrio residual, la fuerza de dicho desequilibrio produce un “levantamiento”, que se repetiría cuando dicha fuerza no fuese suficiente para compensar el peso del cuerpo (2 impactos por vuelta). Detección:

Frecuencia (cpm)

Amplitud Dirección de medida

2,4,6xrpm Amplitud de la vib. más alta en la dirección de la holgura

Radial



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Rodamientos Defectos en rodamientos de bolas o rodillos

Do

DiDb

EjeBola

ϕ

D0= Diámetro exterior Di= Diámetro interior

Dm= Diámetro circunferencia del centro de bola (D0+Di)/2

DB= Diámetro de bola Nb=Nº de bolas del rodamiento ϕ= Ángulo de contacto de bola

ω= Velocidad de giro del eje (rpm)

Frecuencias características Tipo Frecuencia (en cpm) Problema

Frecuencia giro de bola

i obola

b o i

D Df

D D Dω=

+

2

21 cos2

m bbola

b m

D Df

D Dω

ϕ = −

Defecto en bolas

Frec. paso de bola por anillo

exterior

ibext b

o i

Df N

D Dω=

+ 1 cos

2b b

bextm

N Df

Dω

ϕ

= −

Defecto en

anillo exterior

Frec. paso de bola por anillo

interior

obint b

o i

Df N

D Dω=

+ 1 cos

2b b

bintm

N Df

Dω

ϕ

= +

Defecto en

anillo interior

Frec. de translación o

arrastre (jaula)

ijaula

o i

Df

D Dω=

+ 1 cos

2b

jaulam

Df

Dω ϕ

= −

Desgaste severo por

el uso Frecuencias características aproximadas (en cpm)

0,4bext bf N ω= y 0,6bint bf N ω=



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Correas de transmisión Transmisión de dos ejes que giran a diferente velocidad

1 1 2 2D Dω ω= D = Diámetro polea y ω = velocidad de giro polea(rpm)

Frecuencia de defecto de polea polea polea

bandaBanda

Df

L

π ω=

Engranajes Transmisión de dos ejes que giran a diferente velocidad

1 1 2 2d dN Nω ω= Nd = nº dientes y ω = velocidad de giro del eje

Vibraciones a la frecuencia de engrane o contacto

dientes (defectos dientes).

engrane df N ω= (igual para cada par de ejes)

¡¡Trenes de engranajes!!

Otros problemas: Desalineación o excentricidad (no defectos de dientes)

Modulación de la Frecuencia de engrane Desalineación 1 o 2 x rpm, engranef y

lateral engrane 2 piñonf f ω= ±

Excentricidad lateral engrane piñonf f ω= ±



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Lubricación cojinetes (Oil-Whirl) En el cojinete la película de aceite que soporta la carga. Con cambios en régimen (velocidad, cargas externas) una cierta cantidad adicional de aceite es bombeada en el espacio dejado libre por el eje (desplazamiento de la cuña de aceite de su posición natural). Provoca un aumento de la presión de la película de aceite que soporta la carga. La fuerza adicional creada puede empujar el eje en un torbellino alrededor del cojinete. Se produce por: diseño demasiado robusto para las cargas, cambio de viscosidad de aceite, presión aceite o desgaste excesivo.

Detección: Frecuencia

(cpm) Máquinas Dirección

de medida

(40%-50%)xrpm Equipadas cojinetes

lubricados a presión con velocidades altas

Radial

Problemas eléctricos Vibración resultado de fuerzas electromegnéticas desiguales que actúan sobre rotor y estator. Causas: barras rotas en el rotor, rotores excentricos, desequilibrio entre fases múltiples, entrehierro no uniforme, problemas impulso momento torsor (barras sueltas o devanados sueltos en estator): Detección:

Aparecen a frecuencia de la red (50 Hz - 3000 cpm) Problema impulso momento torsor: 2xfred (100 Hz - 6000 cpm)

¡¡Problema!!: ωgiro=3000cpm/pares de polos (Pueden confundirse problemas eléctricos y mecánicos)



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Fuerzas hidro y aerodinámicas - Se producen en máquinas que manejan fluidos (aire, agua,

aceite y gases). Vibración o ruido por la reacción de los alabes o aspas del impulsor al golpear los fluidos (común en bombas, compresores, ventiladores, y soplantes).

- Máquinas con álabes (compresores o bombas), que mueven un fluido en régimen laminar, alteraciones del movimiento del fluido por un determinado obstáculo (deformación de un alabe, obstrucción, etc.), aparece una turbulencia, que provocará una vibración.

Detección:

Frecuencia (cpm)

Fenómeno Causa

nºaspas x rpm (y múltiplos)

Fuerzas aerodinámicas

Alteración del movimiento aire

nºalabes x rpm (y múltiplos)

Fuerzas hidráulicas

Alteración del movimiento fluido

Altas (aleatorio) Cavitación Burbujas en bomba

(gran depresión) Presión de vapor líquido

Bajas (aleatorio) Turbulencia Mezcla de fluidos de baja y alta velocidad

Altas (aleatorio) Recirculación

(Inverso a cavitación)

(presión de aspiración

elevada) Se excede capacidad bomba



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Resonancias (≈fpropias) Frecuencias de excitación:

Velocidad de giro, velocidad de giro por número de álabes o palas, velocidad de giro por número de cilindros, otras

máquinas....

Determinación: Arranques de máquinas

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