Introduccin

Vibracin de Mquinas

\TitlePage Glenn White

Glenn D. White

Part Number 8569, version 1.75

( 1995 DLI Engineering Corp.

Prlogo

El propsito de este libro es de servir como texto de referencia para el ingeniero de mantenimiento y para el tcnico que estan trabajando con la mas reciente tecnologa de mantenimiento de mquinaria.

En terminos generales, los temas son los principios de la teoria de vibraciones, y el anlisis de las mismas, aplicadas a la determinacin de las caractersticas de operacin de las mquinas y sus deficiencias. El primer captulo pone enfasis en la importancia del anlisis de vibraciones en el campo de mantenimiento predictvo, y el anlisis de las razones bsicas de las fallas. Los captulos acerca de la teoria de las vibraciones y del anlisis de frecuencias ponen las bases para el captulo acerca del diagnstico de fallas en mquinas, basado sobre medicin y anlisis de vibraciones. Se us un mtodo de acercamiento sistemtico, para llevar al lector a travs de una serie de pasos lgicos, para determinar el estado de una mquina, basandose en un anlisis detallado de las firmas de vibraciones.

Puede ser que algunos trminos que usamos, no son conocidos de los lectores y por esta razn fu incluido en el ltimo captulo un glosario completo.

Las palabras que aparecen en negritas en el texto se encuentren en el glosario.

El autor recibir con gusto comentarios y sugerencias de sus lectores. Favor de mandar cualquier correspondencia a :

Glenn White

DLI Engineering Corp.

253 Winslow Way West

Bainbridge Island, WA 98110

206-842-7656

FAX 206-842-7667

Indice General

2Prlogo

Monitoreo de Vibracin en Mquinas10Introduccin11Historia del Anlisis de Vibracin y su uso en el Mantenimiento de Maquinaria11Aspectos Prcticos en la Medicin de Vibracin12Ubicacin de los Puntos de Prueba12Orientacin de los Sensores de Vibracin12Mediciones Triaxiales13Ejemplos de Orientacin.13Bloques de Montaje para Sensores - "Bloqueo"14Estratgias de Pruebas para Inspecciones de Vibracin15Condiciones de Prueba15Condiciones de Operacin16Calentamiento16Inspeccin Visual16El Concepto de Comparacin de Espectros16Parmetros de Medicin de Vibracin16Programa de Pruebas de Maquinaria17Elaborar Tendencias17El Espectro de Referencia18Frecuencias Forzadas19El Eje de Frecuencias22Normalizacin de orden22La Evaluacin de Espectros de Vibracin de Maquinaria24Anlisis en el Dominio del Tiempo24La Forma de Onda vs el Espectro24Que Podemos Aprender de la Forma de Onda?25Promedio en Tiempo Sncrono26Aplicaciones Prcticas27Reduccin de Ruido Extraneo27Cajas de Engranes28Anlisis Cepstrum31Terminologia Cepstrum31Propiedades Estadsticas de Seales de Vibracin33Probabiblidad de la Distribucin de Amplitudes33Kurtosis34Demodulacin de Amplitud34Modulacin de Amplitud en Firmas de Vibracin en Mquinas34Demodulacin de Amplitud Aplicada al Anlisis de Rodamientos35Anlisis Fundamental de Causas de Fallas37Definiciones37Tcnicas AFCF38Mobilidad de Rodamiento39Anlisis de Vibracin Manual42Pasos iniciales42La Gua para Pruebas y Anlisis de Vibraci42Verificacin de la Validez de los Datos43Anlisis de Espectros Paso a Paso44Identificar el pico de Primer Orden (1x)44Diagnstico de Mquinas46Desbalanceo46Calcular la Fuerza de Desbalanceo46Desbalanceo de par de Fuerzas48Gravedad de Desbalanceo48Desalineacin50Desalineacin paralela50Desalineacin Angular51Desalineacin General51Efectos de la Temperatura en la Alineacin52Causas de Desalineacin52Flecha flexionada52Chumaceras52Remolino de Aceite (Oil Whirl)53Latigaso de aceite53Holgura de rodamiento53Rodamientos de Empuje54Rodamientos con Elementos rodantes54Desgaste en Rodamientos con Elementos Rodantes56Bandas Laterales56Rodamientos con Elementos rodantes Desalineados (Chuecos)57Holgura de Rodamientos con Elementos Rodantes58Holgura Mecnica58Holgura Rotativa58Vibracin Inducida Electricamente59Motores Elctricos a Corriente Alterna (CA)59Motores sncronos60Motores a Induccin60Fuentes de Vibracin61Fuentes mecnicas de Vibracin en Motores62Problemas de Barras del Rotor63Monitoreo de la Barra del Rotor por Anlisis de la Corriente del Motor63Motores C. D.65Turbinas65Diagnsticos de Turbina65Bombas66Bombas centrfugas66Bombas con Engranes67Bombas a Hlice67Ventiladores67Ventilador de Flujo Axial68Ventiladores centrifugos68Acoplamientos69Bandas de activacin69Bandas mal emparejadas, desgastadas o estiradas69Poleas excntricas, movimiento excntrico de poleas69Desalineacin de poleas70Resonancia de banda o golpe de banda.70Cajas de Engranes71Frecuencia de caza de dientes71Daos a dientes de engranes71Engranes excentricos y Flechas con Flexin72Engranes planetarios72Compresores Centrfugos72Maquinas recprocas73Tablas de Resmen Diagnstico73Desbalanceo74Desalineacin74Felcha con Flexin75Problemas de Rodamientos con Gorrnes75Problemas de Rodamientos con Elementos Rodantes76Problemas de Rodamientos con Elementos Rodantes - continuacin77Holgura Mecnica77Problemas de Motor Elctrico78Problemas de Bomba79Problemas de Turbinas79Problemas de Ventiladores80Problemas de Bandas80Problemas de Compresor81Problemas de engranes81Estimacin de la Gravedad de la Vibracin82Niveles de Vibracin absolutos82Tabla Rathbone82Norma ISO 237283MIL-STD-167-1 y MIL-STD-167-283Especificacin Tcnica NAVSEA S 9073 - AX SPN 010/MVA84Normas Comerciales (Tabla DLI de Gravedad de Vibracin en Maquinaria)84Introduccin al Fenmeno Vibracin85Que es Vibracin?85Movimiento Armnico Sencillo85Ecuaciones de Movimiento86Dinmica de Sistemas Mecnicos88Medicin de Amplitud de Vibracin88El Concepto de Fase89Unidades de Vibracin90Resmen de Unidades de Amplitud91Desplazamiento, Velocidad y Aceleracin92Vibracin Compleja95Consideraciones Acerca de la Energia y la Fuerza95Estructuras Mecnicas96Frecuencias Naturales96Resonancia97Sistemas Lineales y No Lineales99Definicin de linealidad.99No linealidades en Sistemas100No linealidades en Mquinas rotativas100Anlisis de Frecuencia101Porque Llevar a Cabo un Anlisis de Frecuencia?102Como Hacer un Anlisis de Frecuencia103Como Hacer un Anlisis de Frecuencia104Ejemplos de Algunas Ondas y sus Espectros106Efectos de Modulacin109Pulsos111Anlisis de la Banda de Octavas y de un Tercio de Octavas113Escalas de frecuencias logartmicas113Escalas Lineales y Logartmicas de Amplitud115El Decibel117Valores dB vs Proporciones de Nivel de Amplitud118Conversiones de Unidades118Niveles VdB vs Niveles de Vibracin en pps119Transductores de vibracin121Datos Generales121El Sensor de Proximidad121El Sensor de Velocidad.122El Acelermetro123El analizador TRF1Fondo1Anlisis de Espectro1Formas de la Transformada de Fourier1La Serie de Fourier2Los Coeficientes de Fourier2La Transformada Integral de Fourier2La Transformada Discrecional de Fourier3La Transformada Rpida de Fourier3Conversin de Anlogo a Digital3Formacin de aliases4Fugas6Ventanas7Ventanas para Seales transientes8La Ventana Hanning8Proceso de Traslape10El Efecto de Palizada11Promediando12Promediando en Tiempo Sncrono12Trampas en la TRF13Prcticas de Mantenimiento14Examen de Prcticas de Mantenimiento de las Mquinas14Metas de programas de Mantenimiento14Panorama Histrico15Donde estamos el Dia de Hoy?15Componentes de un Programa de Mantenimiento16Mantenimiento : Funcionar - hasta - Fallar16Mantenimiento periodico preventivo.16Mantenimiento predictivo17Mantenimiento Pro Activo18Ventajas del Mantenimiento proactivo19Estudio de casos20Coeficiente de Mrito20Fallas de Mquinas Especficas20Error! 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Index

Aacoplamientos 69, 74, 101

anlisis Cepstrum 31

anlisis de frecuencia 24, 63, 1014, 113, 12

anlisis de la corriente del motor 63

Bbanda de octavas 11314

bandas de activacin 69

bandas de un tercio de octava 114

bandas laterales 22, 24, 3032, 3435, 5556, 62, 64, 6667, 69, 71, 74, 76, 79, 81, 101, 11012, 114, 8

bombas centrfugas 66, 79

bombas con engranes 67, 79

boques de montaje para sensores 14

Ccajas de engranes 28, 31, 34, 71, 101, 110

calentamiento 16, 52, 54, 6263

causas de desalineacin 52

Chchumaceras 52, 58, 96

Ccomparacin de espectros 1618

compresores centrfugos 72

condiciones de prueba 15, 44

conversin de anlogo a digital 3

curva de la tina 1617

Ddaos a dientes de engranes 71

demodulacin de amplitud 3437

desalineacin angular 5051, 69, 74

desalineacin de poleas 70

desalineacin general 51

desalineacin paralela 5051

desplazamiento, velocidad y aceleracin 9293

diagnsticos de turbina 65

Eefecto de palizada 1113

efectos de modulacin 109

ejemplos de orientacin 13

el acelermetro 44, 92, 12325

el analizador TRF 25, 113, 1, 67, 9, 10, 13

elaborar tendencias 17

escala de amplitud en decibel 117

escala de amplitud logartmica 116

espectro cruzado 39

espectro de referencia 1819

Ffase 27, 31, 38, 41, 47, 5052, 59, 64, 77, 87, 8990, 9899, 11213, 123, 5

forma de onda vs el espectro 24

formacin de aliases 45

formas de flexin en operacin 41

frecuencia de caza de dientes 71

frecuencias forzadas 1820, 22, 24, 36, 4142, 45, 95, 101

frecuencias naturales 9699, 109

fugas 16, 67, 13

funcionamiento-hasta-fallar 1516

Hholgura de rodamiento 53

holgura mecnica 54, 58, 77

holgura no rotativa 58, 79

holgura rotativa 58, 79

Kkurtosis 34

Lla serie de Fourier 13

la transformada de Fourier 106, 12

latigaso de aceite 53, 75

Mmantenimiento peridico preventivo 1516

mantenimiento predicitivo 15

Mantenimiento proactivo 15, 19

maquinas recprocas 73

mscara del espectro 18

medicin de fase 38

mediciones triaxiales 13

mobilidad de rodamiento 39

modulacin de amplitud 25, 30, 3435, 56, 62, 64, 11012, 8

motores a induccin 15, 5960, 62

motores sncronos 59

movimientoarmnico sencillo 85

Nniveles de vibracin absolutos 82

norma ISO 2372 83

normalizacin de orden 18, 22

normas comerciales 84

Pperiodo 18, 35, 86, 89, 105, 107, 2, 19

pico 11, 17, 1920, 2223, 25, 39, 4445, 4748, 54, 56, 6465, 67, 7173, 75, 8283, 8789, 91, 9798, 106, 111, 119, 12324

pico a pico 88

poleas excntricas 69

probabiblidad de la distribucin 33

problemas de barras del rotor 63

proceso de traslape 10

promedio en tiempo sncrono 26

pulsos 2526, 30, 37

puntos de prueba 12, 42

Rresonancia 3536, 41, 44, 53, 7071, 80

resonancia de banda 7071

rodamientos de empuje 54

RPC 34

Ttabla Rathbone 82

tablas de tesmen tiagnstico 73

terminologia Cepstrum 31

VVdB 17, 48, 56, 73, 8384

ventilador de flujo axial 68

ventiladores centrifugos 68

vibracin inducida electricamente 59

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Monitoreo de Vibracin en Mquinas

Introduccin

Ya se ha demostrado muchas veces que la firma de vibracin de una mquina en operacin d mucha ms informacin acerca del funcionamiento interno de la mquina que cualquier otra clase de prueba no destructiva. Un rodamiento con un pequeo defecto incipiente, provocar un cambio delator en la vibracin de la mquina de la misma manera que un desbalanceo, una desalinacin o una cantidad de otras fallas. El anlisis de vibraciones, cuando est aplicado correctamente, permite al tcnico detectar pequeos defectos mecnicos incipientes mucho antes que representen una amenaza en contra de la integridad de la mquina. De esa manera, nos d el tiempo suficiente para programar el mantenimiento para acomodar las necesidades de la gerencia de planta. De esa manera es la gerencia de planta la que controla las mquinas en lugar que sea viceversa.

La medicin de vibracin y su anlisis son las bases del Mantenimiento Predictivo, que forma un fuerte contraste con la prctica de mantenimiento del tipo histrico "funcionar hasta fallar. " Varios estudios, como el que llev a cabo el Instituto de la Investigacin de la Energia Electrica (EPRI) demostraron que en promedio, la indstria gasta 17$ por ao por caballo vapor, en el mantenimiento de la maquinaria, si se practica, "funcionar hasta fallar". Tcnicas de mantenimiento predictivas aplicadas correctamente redujeron esta cantidad hasta 9$ por caballo vapor.

Historia del Anlisis de Vibracin y su uso en el Mantenimiento de Maquinaria

El primero analizador de vibracin fu el cerebro humano, combinado con los sentidos del oido y del tacto, y todavia es uno de los mejores cuando el sujeto est bien entrenado. Muchos operadores de mquinas y gente de mantenimiento son capaces de diagnosticar problemas de mquinas por el tacto y con el uso de su fiel mango de escoba o desarmador para transmitir el sonido de un rodamiento al oido. El mecanismo del oido humano es extremadamento apto para reconocer patrones y muchas veces es capaz de reconocer las firmas distinctivas, causadas por un defecto tal como una astilla en el anillo de un rodamiento con bolas.

Desgraciadamente el analizador de vibraciones humano no tiene salida elctrica., tiene una memoria deficiente y por lo general se jubila en la cumbre de su productividad. Para incrementar la consistencia y para poder recordar las historias en el tiempo, necesitamos poder poner nmeros a las mediciones de vibraciones y guardar archivos. Esos son las reas donde el analizador de vibracin humano falla. Era inevitable que fueran desarrollados mtodos mecnicos y electrnicos para ese propsito.

Los primeros medidores de vibracin fueron introducidos en los aos 1950. Ellos medan el nivel general o nivel de banda ancha de vibracin en maquinaria, o bien en mils (milsimos de pulgada) picoxe "pico" a pico de desplazamiento vibratorio o en pulgadas por segundo ( PPS ) de velocidad vibratoria. Un poco ms tarde, los filtros anlogos fueron agregados para poder hacer la diferencia entre los componentes de frecuencia diferente y de esta manera producir una especie de espectro de vibracin.

Los aos 1970 vieron la llegada de la computadora personal y el procesador de las seales digitales que lleva al analizador TRF y eso posibilit el clculo de un espectro de frecuencias muy rpido., desde una seal de vibracin grabada. Los primeros analizadores eran muy voluminosos y pesaban hasta 35 kilogramos., y eso les hacia ms adecuados como instrumentos de laboratorio que como unidades porttiles para uso en la industria.

Los aos 1980 vieron la explotacin del microprocesador en un nico chip de silicn. y ste fue seguido muy rapidamente por el verdadero analizador de seales digitales portatil., activado por baterias. Es un aparato que junto con un programa de computadora almacena los datos y maneja los aspectos lgicos de la recopilacin de datos, que revolucion la aplicacin del anlisis de vibracin en el diagnstico de maquinaria.

Aspectos Prcticos en la Medicin de Vibracin

xe "puntos de prueba"Ubicacin de los Puntos de Prueba

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

En general se ha encontrado que para motores de menos de alrededor de 50 HP un punto de prueba es adecuado, pero para motores de ms de 50 HP cada rodamiento debera de tener su propio punto de prueba. En las mquinas sensibles a los daos en los rodamientos y en las que los problemas de rodamientos se deberan detectar lo ms temprano posible, cada rodamiento debera tener su propio punto de prueba.

Orientacin de los Sensores de Vibracin

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

xe "mediciones triaxiales"Mediciones Triaxiales

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

Alineacin de ejes de vibracin.

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

xe "ejemplos de orientacin"Ejemplos de Orientacin.

El diagrama siguiente ensea las seis orientaciones del sensor para una mquina original.

Para mquinas verticales R es Radial, T es tangencial y A es vertical.

xe "boques de montaje para sensores"Bloques de Montaje para Sensores - "Bloqueo"

El cojn de montaje cilindrico o bloque es un disco de bronze con un agujero central cnico y un chavetero en la orilla, que recibe una clavija del transductor mismo. El transductor, que es sensible en el eje del tornillo de montaje es el canal 1, el eje en la direccin del chavetero es el canal 2 y el eje perpendicular a eso es el canal 3. El cojn normalmente est sujetado a la mquina con un adhesivo duro y fuerte como el adhesivo estructural Versiblok TM.

Como lo mencionamos arriba, es muy importante que la orientacin del cojn sea conocida por el software y si el cojn es reemplazado el nuevo deber estar orientado en la misma direccin. El GPAV nos d la orientacin correcta de cada cojn. La instalacin de los cojines de montaje a veces se llama "bloqueando" una mquina.

Cojn de Montaje de un Sensor

Estratgias de Pruebas para Inspecciones de Vibracin

Cuando se lleva a cabo una inspeccin de vibracin de un grupo de mquinas se tendr que tomar en cuenta los puntos siguientes con el propsito de asegurar la consistencia de los datos desde una medicin a la siguiente.

xe "condiciones de prueba"Condiciones de Prueba

La firma de vibracin de una mquina depende en gran parte de sus parmetros de operacin y de su estado fsico. Los parmetros de operacin incluyen factores como velocidad de operacin, carga, presin de descarga de la bomba, y presin de entrega del compresor.

Probablemente el error ms comn que se encuentra en la prctica es el hecho que se recopilan datos en la misma mquina pero con diferentes parmetros de operacin y/o niveles diferentes de vibracin de fondo. El GPAV da informacin sobre las condiciones de operacin para realizar las pruebas.

La mquina debe estar en condiciones de operacin normal, cuando se recopilan datos de vibracin. Si eso no fuera el caso, la firma de vibracin no seria igual a las firmas de vibracin recopiladas anteriormente, y ya no sera posible establecer una tendencia en el tiempo. Las velocidades de motores a induccinxe "motores a induccin" dependen de la carga, y no deberan variar de una recopilacin a la siguiente con ms de unos porcientos. Eso quiere decir que las condiciones de carga deben ser las mismas tanto como sea posible.

El nivel de vibracin agregado por fuentes extraas como mquinas cercanas, tambin debera ser lo mismo cada vez que se recopilen datos. No recopilen datos con las mquinas cercanas apagadas, si los espectros anteriores fueron recopilados mientras que stas estaban funcionando. Eso es especialmente vlido con un nivel de vibracin de fondo alto como por ejemplo en un cuarto de mquinas de un barco. Motores Diesel de propulsin deben estar operando a la misma velocidad durante cada sesin de recopilacin de datos.

Condiciones de Operacin

Es imperativo, que cuando se recopilan datos, las RPM de la prueba esten muy cerca de las RPM que se usaron en pruebas anteriores. En equipo accionado por turbinas, la velocidad se debe verificar usando un tacmetro estroboscopico portatil u otro, y la velocidad debe ser constante sin variaciones. Las presiones de las sondas deben ser el reflejo de las condiciones de operacin normal. No se recomienda probar las bombas con las vlvulas de descarga cerradas, pero si hay que probar una bomba en una situacin de recirculacin, se puede cerrar parcialmente la vlvula de recirculacin para llegar a una presin de descarga normal.

xe "calentamiento"Calentamiento

Todas las mquinas deben ser probadas totalmente calentadas. La temperatura de la mquina afectar la alineacin y los juegos en operacin debido a la expansin termal. Una mquina fria tendr una firma de vibracin diferente de una mquina caliente y esas pueden a veces ser totalmente diferentes.

Inspeccin Visual

Es importante la inspeccin visual de una mquina en operacin mientras que se est probando la vibracin, ya que se pueden descubrir indicaciones valuables acerca del estado de la mquina. Se debe notar las RPM y la presin de descarga. Los puntos siguientes deben ser verificados:

( Hay algunos ruidos inusitados?

( Algunos rodamientos se sienten ms calientes que normal?

( Se puede sentir un nivel de vibracin excesivo?

( Hay algo inusitado en la operacin de la mquina?

( Hay algunas fugasxe "fugas" de vapor o de fluidos aparentes?

( Los valores que indican los metros parecen normales?

( El operador de la mquina hace algunos comentarios acerca del estado de la mquina?

xe "comparacin de espectros" \r "D2HBComparaci_n_71"El Concepto de Comparacin de Espectros

Parmetros de Medicin de Vibracin

Tal como lo vimos en el captulo Introduccin a la Vibracin, es posible examinar la misma seal de vibracin en trminos de Aceleracin, Velocidad y Desplazamiento. Se vi que la velocidad a cualquier frecuencia es proporcional al desplazamiento multiplicado por la frecuencia, lo que quiere decir que tambin es igual al desplazamiento multiplicado por el cuadrado de la frecuencia.

Los modelos DC7A y 8603 usan la velocidad como el parmetro de default. Basandonos en esas relaciones se vi en el captulo Introduccin a la Vibracin, que el desplazamiento de vibracin pone un fuerte nfasis en las frecuencias ms bajas, y que la aceleracin pone un fuerte nfasis en las frecuencias ms altas. Cuando se estudia el espectro de vibraciones de una mquina, es deseable ensear el parmetro que mantenga un nivel ms uniforme en todo el rango de frecuencias. Eso aumentar al mximo el rango dinmico de la seal medida. Para la mayoria de mquinas rotativas, de tamao medio, se ver que es la velocidad de vibracin que produce el espectro ms uniforme, y por esa razn, es la que se escoge como parmetro de default del monitoreo de mquina.

Aunque teoricamente es posible realizar manualmente una comparacin de espectros de vibracin que se tomaron del mismo punto de medicin a tiempos diferentes, es casi imposible en la prctica realizar un buen trabajo, debido a la complejidad de los espectros y de la gran cantidad de datos. Por esta razn se ha generalizado el uso de un programa de computadora para realizar el trabajo. En el anlisis de la mayoria de firmas de vibracin de mquinas, el nivel absoluto de los componentes de nivel no es una indicacin de problemas en la mquina tan vlida, como lo es la proporcin de incremento de los componentes. Por ejemplo:una mquina puede tener un tono de rodamiento en un espectro de vibraciones a un nivel 94 VdBxe "VdB" (0. 28 pulgadas de picoxe "pico" por segundo) y la mquina podra funcionar por aos con esto tono al mismo nivel. La presencia del tono es una indicacin de que existe una anomala en el rodamiento, pero puede ser que la carga sobre el rodamiento no sea lo suficientemente fuerte para causar una degradacin rpida. Por otra parte, otra mquina puede tener un tono de rodamiento a 70 VdB(. 0018 PPS), y el tono se podra incrementar hasta 76 VdB en un mes y hasta 82 VdB en otro mes. Eso si es una causa de preocupacin ya que un incremento de 6 dB equivale a una duplicacin del nivel de vibracin. Esta proporcin de incremento indica un nivel de vibracin que crece de manera exponencial y quiere decir que la proporcin de dao al rodamiento se incrementa debido a la misma presencia de la falla. Eso es un ejemplo de retroalimentacin positiva, y en situaciones de este tipo, los problemas pequeos pueden crecer muy rapidamente hasta llegar muy pronto a ser problemas grandes. Noten que en este caso, los niveles absolutos son muy bajos, es la proporcin de crecimiento que es mucho ms importante que la magnitud de la falla.

Programa de Pruebas de Maquinaria

Es importante iniciar un programa de monitoreo de vibracin de un tamao manejable, y despus que se tenga la experiencia irlo incrementando. Las mquinas ms importantes que se deben monitorear son las principales para la productividad de la planta, y las que tienen una historia negativa de mantenimiento. Al principio no se deben incluir mquinas de velocidad variable, mquinas muy compleja y mquinas recprocas.

Para que el programa de monitoreo tenga xito, las mediciones se tienen que hacer segn un programa. La mayora del equipo debe de probarse mensualmente, y algunas mquinas menos importantes cada tres meses. Una prueba semanal es normal para mquinas crticas. De todos modos, es importante adaptar su programa de mediciones a las mquinas y a su estado. A medida que se adquiere experencia, ser fcil revisar el programa.

xe "elaborar tendencias"Elaborar Tendencias

La elaboracin de tendencias consiste en almacenar las firmas de grabacin grabadas a tiempos especficos y de apuntar los cambios en los niveles de vibracin a las frecuencias forzadasxe "frecuencias forzadas" \r "D2HBFrecuencias_73" vs tiempo. Una tendencia creciente en el nivel, indica un problema incipiente.

La manera ms sencilla de utilizar las tendencias en las vibraciones es de establecer un espectro de vibracin representativo de una mquina operando normalmente, como punto de referencia. y de comparar esta referencia con espectros que se grabaron ms tarde en la misma mquina. La comparacin de espectros es posible por la normalizacin de orden,xe "normalizacin de orden" que estudiaremos en breve. Cuando se hace la comparacin, hay varios puntos importantes que se tienen que tomar en cuenta:

( Las condiciones en las que opera la mquina, cuando se graba el nuevo espectro deben ser lo ms similares a las condiciones en que operaba cuando se grab el espectro de referencia.xe "espectro de referencia" \r "D2HBEspectro_de_73" Si no, los espectros no son comparables y se pueden cometer errores importantes.

( Los datos de las vibraciones deben recordarse de manera exactamente igual que los datos de referencia. El transductor debe ser montado en el lugar exactamente igual y su calibracin debe ser precisa si es posible, se debe usar el mismo transductor para todas las mediciones sucesivas en la mquina

( Cuando se toman datos de las vibraciones con un analizador TRF o con un recopilador de datos, es importante realizar un promedio de varios espectros instantneos, para reducir las variaciones aleatorias y los efectos de ruido estrao en la seal medida. La cantidad de promedios espectrales que se graban para producir los espectros deben ser suficientes para producir una firma uniforme y constante.

Normalmente de seis a diez promedios sern suficientes, pero en algunas mquinas con un contenido de ruido aleatorio relativamente alto en sus firmas es posible que se necesite tiempos de promedio ms largos. Una regla general es de grabar un espectro con varios promedios e inmediatamente despus grabar otro con la doble cantidad de promedios. Si hay una diferencia significativa entre los espectros la cantidad de promedios se debe duplicar otra vez y se debe grabar otro espectro. Si los dos ltimos espectros son similares, entonces la cantidad anterior de promedios es adecuada para la mquina.

El Espectro de Referencia

Cuando se lleva a cabo la realizacin de tendencias, es extremadamente importante de estar seguro que el espectro de referencia con que se van a comparar los datos de pruebas posteriores sea realmente representativo de la mquina.

Firmas de Vibracin Promediadas

Una larga experiencia nos ha demostrado que una manera excelente de generar una referencia sensata es de realizar el promedio de varios espectros de mquinas del mismo tipo. Si hay un nmero de mquinas similares, el promedio estadstico de sus espectros de referencia es una buena indicacin del estado general de este tipo de mquina. en particular. Una serie de mquinas en buen estado de funcionamiento producir espectros de vibracin similares los unos a los otros pero que tendrn variaciones aleatorias en nivel. Se hace el promedio de los espectros de las mquinas y se calcula las desviaciones estandard de nivel a cada frecuencia importante.

Algunos tipos de mquinas son tan individualistas que cuando se hace el promedio, la desviacin estandard entre las magnitudes de vibracin es tan grande, que el promedio no tiene sentido. En este caso, se tiene que usar cada mquina, para realizar una referencia que tenga sentido, calculando el promedio de una serie de mediciones durante un periodoxe "periodo" de tiempo largo, y generando una mscara del espectroxe "mscara del espectro" promedio de referencia.

Hay muchas situaciones en las que no est disponible una seleccin larga de mquinas similares. En este caso, los espectros de referencia promediados se toman en la misma mquina a diferentes momentos.

Cuando se hace el promedio de espectros de un grupo de mquinas se debe tener cuidado de verificar que los espectros a promediar sean vlidos y que las mquinas de las que provengan no sean defectuosas.

Una de las tareas ms importantes del analista de vibraciones es de asegurarse que los espectros promedios son vlidos y representativos de las mquinas.

No hay que confundir el promedio para la obtencin de un espectro de referencia con el promedio hecho en el momento de recopilacin de datos de vibracin, como lo describimos arriba.

La Mscara del Espectro

Como lo vimos, mquinas sanas tendrn desviaciones menores en sus espectros de vibracin, debido a pequeas variaciones en carga, temperatura y voltaje de lnea, y a las fluctuaciones de ruido de fondo. Estas variaciones en firmas de vibracin pueden ser la causa de la generacin de alarmas falsas, si el espectro crudo se compara con el espectro de referencia vlidoPor esta razn es deseable generar un llamado espectro mscara del espectro de referencia. Esta mscara es un espectro nuevo, que se hace incrementando los niveles en el espectro de referencia con varias cantidades a diferentes frecuencias. Por ejemplo, la mscara podra ser 6 dB arriba de la referencia en 1x, pero solamente 4 dB arriba de la referencia en 2x.

Un buen punto de partida para establecer la mscara es agregar una desviacin estandard en nivel a cada picoxe "pico" \r "D2HBPico74" del espectro, al espectro de referencia promediado. Encontrarn que una larga clase de mquinas producir espectros promedios con desviaciones estandard relativamente pequeas, y particularmente con esas mquinas es una buena idea realizar el promedio del espectro y despus generar la mscara agregando una desviacin estandard a cada frecuencia. Para una clase de mquinas que muestran desviaciones estandard largas en nivel, cuando se hace la referencia, ser ms difcil la generacin de la mscara, y los niveles de la mscara debern ser ms altos que una desviacin estandard arriba de la referencia.

La determinacin de la forma de la mscara puede ser relativamente complicada y depende de la mquina de la variacin normal en los niveles de vibracin espectral a varias frecuencias. Eso solamente se puede determinar examinando una serie de espectros histricos, con la aplicacin de un buen juicio y conocimiento de la mquina.

Frecuencias Forzadas

El valor del anlisis de las vibraciones de maquinaria est basado en el hecho que elementos especficos en las partes rotativas de cualquier mquina producirn fuerzas en la mquina que causarn vibraciones a frecuencias especficas. Una de las ms importantes frecuencias forzadas son las RPM de la flecha, y eso proviene del hecho que cualquier rotor siempre presenta una cierta cantidad de desbalanceo residual. Esto imparte una fuerza centrfuga radial en los rodamientos y causa la vibracin de la estructura a la frecuencia fundamental o 1x. Los llamados tonos de rodamientos, que son caractersticos de cada geometra de rodamiento son fuerzas generadas por defectos en los anillos del rodamiento y en los mismos elementos de rodamientos. Las frecuencias de engranaje de los engranes provienen de los impactos individuales de los dientes de un engrane unos contra otros y la frecuencia de engranaje es igual al nmero de dientes en el engrane multiplicado por las RPM del engrane. Las frecuencias de paso de aspas o de alabes son similares al engranaje y son igual al nmero de alabes en una impulsora o al nmero de aspas en un ventilador, multiplicado por las RPM. Cada frecuencia forzada va a crear un pico en el espectro de vibracin. La amplitud del pico depende de la gravedad de la condicin que lo causa. De esa manera, la frecuencia indica el tipo de problema, y la amplitud indica su gravedad.

A continuacin damos un ejemplo de un clculo de frecuencias forzadas para una mquina activada por engranes

Suponemos que los componentes motor/engrane /ventilador tienen los nmeros de elementos siguientes:

Componenta de la M(quinaElementos del ComponenteN(mero de Elementos

Ventilador de Enfriamiento del MotorAspas de Venilador 11

Rotor del MotorBarras del Rotor42

Pi(on de activacionDientes de Engrane36

Engrane ActivadoDientes de Engrane100

VentiladorAspas de Ventilador9

En este caso de una mquina de varias flechas, debemos considerar que las frecuencias fundamentales de las flechas del motor y del ventilador son diferentes. Suponemos que el motor est girando a 1780 RPM. Para calcular las RPM de la flecha del ventilador, primero tenemos que encontrar la proporcin de reducciones de la caja de engranesPara encontrarla, consideramos el nmero de dientes en cada engrane. Dividimos la cantidad del pion de activacin entre la cantidad del engrane activado:

o

36/100 = 0.36

Despus se multiplica esta proporcin por las RPM de la flecha del motor para encontrar las RPM de la flecha del ventilador:

0.36 x 1780 = 640.8

Ahora se puede decir que la frecuencia fundamental del motor es de 1780 CPM. y la frecuencia fundamental del ventilador de 640. 8 CPM.

Los terminos RPM (Revoluciones por Minuto) y CPM (Ciclos por MINuto) muchas veces se pueden usar e intercambiar como unidades defrecuencia. Se van a multiplicar los nmeros de elementos en cada componente por la frecuencia fundamental de la flecha que est girando. Los componentes ubicados en la flecha del motor se van a multiplicar por 1780 CPM y los componentes de la flecha del ventilador se van a multiplicar por 640. 8. Para facilitar eso, separemos los componentes con sus flechas correspondientes.

Flecha de MotorElementosFrecuencia Forzanda CPM

Rotaci(n11,780

Venilador de enfriamiento1119,580

Rotor del Motor4274,760

Pi(on de activaci(n3664,080

Flecha del ventiladorElementosFrecuencia Forzanda

Rotaci(n1640.8

Engrane Activado10064,080

Ventilador95,767.2

Estos efectos no lineales son anlogos a la distorcin armnica e intermodu-lada en sistemas de sonido. Si la mquina fuera completamente lineal en su respuesta, las frecuencias forzadasxe "frecuencias forzadas" existiran por si mismas, pero a medida que la mquina va desarollando holgura, y juego excesivo, su estructura se hace no lineal. La seal de vibracin que se genera en las frecuencias forzadas, especialmente en 1x, la velocidad de funcionamiento se distorciona y provoca la aparicin de armnicos en el espectro. A medida que se incrementa el grado de no linealidad, las frecuencias forzadas interactuan y causan modulacin de frecuencia y de amplitud. Esto causa la aparicin de bandas lateralesxe "bandas laterales" en el espectro. Por estas razones, los armnicos de velocidad de funcionamiento y las bandas laterales casi siempre son una indicacin de problemas de maquinaria y su nmero y nivel son una indicacin de la gravedad del problema.

El Eje de Frecuencias

Cuando se va dibujando los espectros de vibracin de maquinaria rotativa, hay varias opciones para las unidades del eje de frecuencias. Probablemente la unidad la ms natural es el ciclo por segundo, o hertzio Hz. Otra unidad que se usa frecuentemente son las Revoluciones por Minuto (RPM) o Ciclos por Minuto (CPM). Hz se convierte a a CPM, multiplicando por 60. Mucha gente opina que CPM es una escala conveniente, para usarse, ya que muchas mquinas se describen en trminos de RPM. Esta prctica resulta en grandes nmeros para el eje de frecuencias y por eso, mucha gente prefieren usar Hz ya que los nmeros ms pequeos son ms convenientes.

xe "normalizacin de orden"Normalizacin de orden

Se tiene que tener cuidado con la normalizacin de orden. Por ejemplo, si una mquina tiene dos o ms flechas, girando a velocidades diferentes, solamente se puede normalizar el espectro por una velocidad de flecha al mismo tiempo. En lugar de expresar los espectros de vibracin en unidades de frecuencia hertzio (Hz), muchas veces es deseable usar ordenes o multiples de las RPM de la mquina. La primera orden se llama 1x, el segundo 2x etc. En un espectro normalizado de ordenes cada uno de los armnicos de la velocidad est en la misma ubicacin en la grfica sin tomar en cuenta la velocidad. Esto es especialmente valuable, si se quiere comparar varias mediciones en la misma mquina, tomados en momentos diferentes, y que la velocidad ha cambiado un poco entre los momentos de las mediciones.

La normalizacin de orden se lleva a cabo con el software DLI Advanced Alert R y bajo ciertas condiciones es posible para el programa seleccionar el picoxe "pico" \r "D2HBPico77" equivocado como componente 1x. Por esta razn es importante que el analista verifique que la normalizacin se haga correctamente, si es que un espectro presenta grandes diferencias con otros espectros tomado de la misma mquina. En este caso, el analista deber volver a normalizar el espectro.

A continuacin enseamos un espectro no normalizado por orden con una escala de cero hasta 30 000 RPM

Espectro convencional de Vibracin

Noten que muchos picos parecen ubicados a la misma distancia, pero puede ser difcil distinguir cual es un armnico de flecha cerca de 20 000 CPM.

La grfica siguiente es un espectro normalizado con una escala de 0 a 10 ordenes.. Noten que los armnicos de velocidad de funcionamiento son enteros en la escala de frecuencias y que el pico en 7x se ve inmediatamente como un componente no sncrono

Espectro normalizado por orden

La normalizacin de espectros por orden tiene las ventajas siguientes:

( La velocidad de rotacin fundamental se puede reconocer al instante en el orden 1. 0

( Armnicos de la velocidad de rotacin sern enteros.

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \hUna segunda flecha en una mquina activada por engranes tendr un orden igual a la proporcin de los engranes.

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \hFrecuencias de excitacin tales como proporcin de engranaje y paso de alabes en bomba se pueden reconocer facilmente, porque su orden es igual al nmero de elementos.

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \hLos tonos de rodamientos sern no enteros, muchas veces sern los componentes principales no enteros.

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \hLas bandas lateralesxe "bandas laterales" alrededor de los tonos de rodamiento se podrn reconocer facilmente porque estarn en el orden de tono 1, 2 etc.

SYMBOL 183 \f "Symbol" \s 10 \hMs importante:ya que la velocidad de la mquina casi nunca est exactamente gual de prueba a prueba, los picos no estarn en las mismas frecuencias, no se puede hacer los promedios de los espectros. Los espectros ormalizados tienen los picos en los mismos rdenes prueba tras prueba, y e puede hacer los promedios sin que haya dispersin.

La Evaluacin de Espectros de Vibracin de Maquinaria

La mayoria de las mquinas tienen un conjunto de frecuencias forzadasxe "frecuencias forzadas" relativamente sencillas, determinadas por la geometra de la mquina y por su velocidad. La existencia de otras frecuencias que las frecuencias forzadas tales como los armnicos de 1x en la firma de vibracin de la mquina indica una no linealidad y la magnitud combinada de esas frecuencias nuevas es un buen indicador del estado de salud general de la mquina. A medida que se desgasta una mquina, el juego se hace ms grande, y su firma de vibracin se hace mas compleja, debido a la generacin de armnicos bandas laterales.

Cuando se hace una tendencia del nivel de vibracin de una mquina, en el tiempo, un incremento en el nivel de frecuencias forzadas indica un cambio en el mecanismo de la mquina, causando esta frecuencia forzada. No necesariamente indica un dao a la mquina. Por ejemplo un incremento de 1x en un rodamiento de motor indica una condicin de desbalanceo creciente, pero si empiezan a aparecer armnicos de 1x, eso indica daos tal como incremento de juego en rodamientos, holgura o grietas en la estructura. Por eso, una fuerte vibracin en 1x significa que se debe balancear el rotor, pero la aparicin de 1x tambin quiere decir que el rodamiento y las estructuras vecinas tambin se deben verificar en cuanto a daos.

Anlisis en el Dominio del Tiempo

xe "forma de onda vs el espectro"La Forma de Onda vs el Espectro

Como lo menciona el filsofo Lotfi Zadek:"Si nuestra nica herramienta es un martillo, muy rpido todos nuestros problemas se vern como clavos"Como lo mencionamos en el captulo Introduccin a la Vibracin, fuimos seducidos para usar el analizador de espectros como una herramienta de anlisis, por default, para casi todas las seales de vibracin. Eso ocurri parcialmente por la gran disponibilidad de analizadores TRF portatiles y baratos, verdaderas "cajas mgicas". Es impoprtante -sin embargo-que consideremos cuidadosamente lo que estamos haciendo y que no supongamos ciegamente que todas las seales de vibracin se deben cambiar en espectros antes de estudiarlas.

El anlisis del Dominio de Tiempo es sencillamente el uso de la forma de onda en lugar del espectro, para ayudar a diagnosticar problemas de mquinas, tal como lo vimos en en la seccin de anlisis de frecuenciaxe "anlisis de frecuencia" del curso de Aspectos Fundamentales de Vibracin, los espectros de un impulso o de un transiente y de una seal aleatoria puede parecer exactamente iguales. Esto es vlido anque las seales sean muy diferentes en sus caractersticas.

La forma de onda nos ensea la diferencia inmediatamente, y por eso es una buena idea que el analista examina la forma de onda cuando el espectro no proporciona toda la informacin que se necesita para hacer un diagnstico completo.

Que Podemos Aprender de la Forma de Onda?

Impactos vs Ruido Aleatorio. Los impactos pueden ser causados por rodamientos con elementos rodantes, donde las bolas encuentren una grieta o un pequea astilla en un anillo de rodamiento. Si hay una gran cantidad de ruido externo, el espectro no tendr un picoxe "pico" bien definido en la frecuencia del tono del rodamiento.

Truncado o aplastado de la seal. En muchos casos de holgura, como en el caso del soporte principal de un rodamiento que se eleva ligeramente durante una parte de la rotacin, y despus hace contacto con la base durante el resto del ciclo, la forma de onda ser aplastada por un lado. Esto resultar en armnicos en el espectro, pero otros tipos de distorcin de la forma de onda tambin producirn armnicos. La forma de onda proporciona una identificacin rpida de este tipo de holgura, donde el movimiento est limitado en una direccin.

Eventos de baja frecuencia. En algunos casos, la seal de vibracin podr tener una discontinuidad de vez en cuando. Cuando se transforma en el dominio de la frecuencia, su frecuencia ser tan baja que no se podr ver claramente en el espectro. Un ejemplo de eso es una caja de engranes de baja velocidad, que tiene un diente roto, o cuarteado en el engrane grande.

Los pulsosxe "pulsos" \r "D2HBPulsos80" producidos muchos veces por motores electricos no son verdaderos pulsos. Es modulacin de amplitudxe "modulacin de amplitud" de la vibracin del motor a dos veces la proporcin de deslizamiento del motor. Pulsos que ocurren muchas veces en firmas de motores elctricos y en firmas de vibracin general de grupos de mquinas similares, que giran casi a la misma velocidad., se ven dificilmente en el dominio de la frecuencia, porque se necesita un espectro de alta resolucin para resolver las dos frecuencias. Si se sospecha la existencia de pulsos, se debe realizar y examinar una larga grabacin de la seal de tiempo. Los pulsos aparecern inmediatamente, si estn presentes.

Impactos aleatorios. Una parte de la mquina est floja y esta pegando algo, a un ritmo que no tiene relacin con la velocidad de la mquina.

Cuando preparamos un analizador, para almacenar formas de onda, debemos tener en mente un punto importante, eso es que el rango adecuado para examinar un espectro, por lo general no es adecuado para examinar la forma de onda. La mayoria de los analizadores TRF - con pocas excepciones - no permiten introducir proporciones especficas de muestreo o duraciones de la grabacin en el dominio de tiempo-hay que introducirlos en trminos de rango de frecuencia y resolucin de frecuencia. Recuerden el captulo de anlisis TRF que la duracin en tiempo de la grabacin que el analizador usa para calcular el espectro es el recproco de la distancia entre las lneas del espectro.

Los espectros generalmente tienen una escala, que permite la evaluacin de un largo rango de frecuencias, y cuando el analizador TRFxe "el analizador TRF" esta puesto para un rango de frecuencias relativamente alto, la duracin de la grabacin en tiempo ser relativamente corta. Por ejemplo, un espectro de 400 lneas que se extiende desde CD hasta 1000 Hz tiene una distancia entre lneas de 1000/400 = 2. 5 Hz. La grabacin en tiempo que se usa para calcular este espectro tiene una duracin de 1/2. 5 = 0. 4 segundos. Esta grabacin en tiempo, que es la forma de tiempo actual, nos ensear los detalles de lo que pas en este tiempo. Pero cuando estudiamos una forma de onda, a veces estamos interesados en eventos que occurren en tiempos muchos ms largos. Por ejemplo, si estamos buscando pulsos en la firma de vibracin de un motor elctrico, o si examinamos la vibracin combinada de dos mquinas que giran a velocidades ligeramente diferentes necesitamos ver una forma de onda, que dura por lo menos unos segundos.

Para llegar a una forma de onda que dura cinco segundos, debemos introducir una distancia entre lneas de 1/5 Hz. y eso quiere decir un rango de baja frecuencia, o una alta resolucin en el espectro correspondiente.

Para determinar la proporcin de muestreo, de la forma de onda, y asi su resolucin en tiempo, otra vez tenemos que conseguir la informacin de las caractersticas del espectro. La proporcin de muestreo para la grabacin de tiempo, para la mayoria de los analizadores, es de 2. 56 veces la frecuencia ms alta en el espectro. Asi, un rango de frecuencia de 100 Hz implica una proporcin de muestreo de 256 muestras por segundo, y un rango de 1000 Hz necesita una proporcin de 2560 muestras por segundo.

Recuerden que, para que una grabacin en tiempo tenga sentido, debe tener mucho ms puntos de datos que el espectro usual, y se tiene que cuidar que haya memoria suficiente para almacenar los datos de la forma de onda:para esto, lo mejor es usar la proporcin de muestreo la ms baja y la duracin mas corta de grabacin de tiempo, que le van a proporcionar los datos que necesita. Por ejemplo, si solamente quiere resolver pulsos en una onda, que ocurren una vez en varios segundos la proporcin de muestreo no tiene que ser muy alta, 50 muestras por segundo probablamente ser suficiente. Eso corresponde a un rango de frecuencias de 50/2. 5 = 20 Hz.

Por otro lado, si quieren examinar una forma de onda que tiene desviaciones interesantes 50 veces por segundo, entonces se tiene que muestrar lo suficientemente rpido para resolver cada desviacin Puede ser que se quiere tomar 1000 muestras por segundo para realizar el trabajo. Eso corresponde a un rango de frecuencias de 1000/2. 56 = alrededor de 390 Hz.

Una buena regla general es de memorizar que la duracin de la grabacin de tiempo solamente depende de la distancia de las lneas y que la proporcin de muestreo solamente depende del rango de frecuencias, y los dos son ajustables de manera independente.

xe "promedio en tiempo sncrono"Promedio en Tiempo Sncrono

El promedio de tiempo sncrono, tambin llamado promedio en el dominio de tiempo, o sencillamente promedio sincrnico, es un tipo completamente diferente de promedio, donde la forma de onda est promediada en un bufer, antes de que la TRF se calcule. Para poder llevar a cabo el promedio en el dominio de tiempo, un pulso disparador de referencia debe ser introducido en el analizador para informar cuando tiene que empezar a tomar muestras de la seal. Este pulso disparador est sincrnico con un elemento de la mquina, que es de inters, como la rotacin de la flecha por ejemplo.

La grfica arriba ensea el efecto de la contaminacin de la seal de vibracin 1x, con ruido aleatorio. El ruido, siendo aleatorio, tiene una fasexe "fase" aleatoria. En otras palabras, no tiene coherencia de una grabacin en tiempo hasta la otra, y su promedio se cancela a si mismo. El componente 1x tiene la misma fase con referencia al pulso del tacmetro que se usa como disparador, para el analizador, y el proceso de promedio lo reforzar.

Cuando se lleva a cabo el promedio en el dominio de tiempo de una seal de vibracin de una mquina real, la grabacin de tiempo promediada va acumulando gradualmente esas porciones de la seal que estn sincrnicas con el disparador. Los promedios de otras partes de la seal, como el ruido y otros componentes, como de otras partes rotativas de la mquina se cancelan efectivamente. Este es el nico tipo de promedio que disminuye el ruido.

Es importante notar, que en el caso de rodamientos con elementos rodantes, los tonos de rodamientos no son sincronizados con las RPM y se van a can-celar sus promedios!No intenten usar el promedio en el dominio de tiempo para encontrar tonos de rodamientos. Un ejemplo del uso del promedio en el dominio de tiempo es la medicin de la vibracin de mquina en presencia de vibracin de fondo excesiva que proviene de mquinas cercanas o de otras fuentes. En este caso, el disparador viene de un tacmetro, conectado con la flecha principal. El tacmetro est puesto para dar un pulso por revolucin de la flecha, y todo en el espectro, relacionado con las partes rotativas sera incrementado y todas las otras seales seran reducidas.

Aplicaciones Prcticas

Reduccin de Ruido Extraneo

Ambientes Ruidosos

Esto queda vlido, aunque la diferencia de velocidades puede ser muy pequea.

Supongamos que intentan medir la firma de vibracin de una mquina, cuya vibracin est contaminada por la vibracin de una o varias mquinas cercanas que giran a velocidades diferentes. Si se recopila un espectro promedio, sincronizado con las RPM de la mquina como disparador, la vibracin causada por las otras fuentes ser cancelada dejando solamente esos componentes que son sincronizados con el rotor que se usa para la generacin de la seal del tacmetro.

Se tiene que recordar, que como lo describimos arriba, en este tipo de seal, se pierden los tonos de rodamientos.

Excitacin de la Frecuencia de Lnea

Vibraciones causados por efectos magnticos de la entrada de la CA en las mquinas, siempre estn sincronizadas con la frecuencia de lnea de 60 Hz, o 50 Hz en Europa, Australia y varias partes de Asia. En cualquier caso, la excitacin por la lnea de energia casi siempre est en el doble de la frecuencia de lnea, en lugar de en la frecuencia de lnea.

En un motor que gira a 3580 RPM, el segundo armnico de la velocidad de funcionamiento estar a 119. 3 Hz, y a menos que tengan una resolucin ms grande que 1 Hz en el espectro de vibraciones, el componente en 120 Hz inducido por la lnea, contaminar al componente de vibracin 2x. Una manera de eliminar el componente de lnea es realizar un promedio sincronizado, usando las RPM de la flecha como disparador. Otra alternativa es un promedio sincronizado, usando la lnea de CA como disparador lo que cancelar todas las vibraciones causadas por la mquina y dejar solamente los componentes causados por los efectos magnticos. Estos pueden ser muy importantes en motores elctricos. Recuerden que est tecnica no funcionar con motores sincronizados, ya que sus RPM estn sincronizadas con la frecuencia de lnea CA.

La misma tcnica puede funcionar con motores CD, especialmente donde la velocidad est alternada por controladores del tipo SCR. Esos controladores son conocidos por generar componentes falsos en la corriente directa que producen. Un ejemplo tpico son los picos de voltaje a 360 Hz y armnicos (6 veces la frecuencia de lnea, generado por a duplicacin de la frecuencia de lnea y por una fuente de energia trifsica. Estas perturbaciones de voltaje causan vibraciones en el motor, y pueden considerablemente complicar los espectros. El promedio sincronizado puede eliminarlos o aislarlos si el disparador ha sido derivado de la frecuencia de lnea.

Mquinas Activadas por Bandas

Supongamos que tenemos una mquina activada por banda que tiene un espectro de vibracin complejo, y que queremos ver el efecto de la banda en la firma de vibraciones. La frecuencia de la banda ser no sincronizada, con las RPM de la polea, y se puede colocar un pedazo de cinta reflejante o una gota de pintura en la banda, un fototacmetro podr leer las RPM de la banda. Si se usa eso como el disparador para un promedio en el dominio del tiempo, el espectro que resulta ensear gradualmente la vibracin que resulta de las irregularidades en la banda, con toda la vibracin de la mquina cancelada.

Recuerden que tambin los tonos de rodamientos se cancelarn bajo estas circumstancias. Otra alternativa-si las bandas producen mucho ruido, especialmente en el caso de bandas multiples-, es un promedio sincronizado de las vibraciones de la mquina con las RPM de la flecha como referencia que eliminar los componentes de la banda y resultar en un espectro mucho ms limpio con relacin al ratan. Recuerden que los tonos de rodamientos se cancelarn bajo estas circumstancias.

xe "cajas de engranes"Cajas de Engranes

Consideramos una caja de engranes, que tiene un pion con 13 dientes y un engrane activado con 31 dientes. Si se conecta un tacmetro a la flecha del pion, y su salida se usa para disparar un analizador, capaz de realizar promedios sincronizados en tiempo, la forma de onda promediada gradualmente excluir componentes de vibracin de todo, excepto de eventos relacionados a la revolucin del pion. Cualquier vibracin causada por el engrane activado ser cancelada en el promedio y la forma de onda resultante ensear la firma de vibracin de cada diente individual en el pion, tal como lo ilustramos abajo.

Noten que en el ejemplo de arriba la forma de onda promediada inferior ensea un diente daado en el pion. La ilustracin est idealizada en el aspecto que la duracin de la grabacin de tiempo corresponde exactamente a una revolucin del engrane. Para lograr eso, el rango de frecuencias y la resolucin de la frecuencia deben ser de tales magnitudes que el espacio entre las lneas est igual al recproco de la duracin de la grabacin en tiempo. Para una mquina a 1760 RPM, una revolucin ocurre en un poco ms que 1/29.333 de segundo y por eso la distancia entre las lneas debera ser un poco ms grande que 29.333Hz. Esto se puede lograr poniendo el rango de las frecuencias a 2933.3 Hz y el nmero de lneas TRF en 100. El analizador DC - 7B de DLI tiene los siguientes rangos de frecuencias:

5 Hz - 100Hz en pasos de 5 Hz

110 Hz - 1000 Hz en pasos de 10 Hz

1050 Hz - 10 000 Hz en pasos de 50 Hz

10 500 Hz - 23500 Hz en pasos de 500 Hz

Para preparar el DC 7B para una prueba como esta, se podra usar un rango de frecuencias de 2900 Hz y una resolucin de 100 lneas Esto producir una duracin de grabacin de tiempo de 1/29 de segundo, lo que es un poco ms largo que el tiempo de revolucin del engrane. Los otros analizadores se preparan de manera similar.

Ya que la proporcin del muestreo es 2. 56 veces el rango de frecuencias, hay 2. 56 x 2900 = 7424 muestras por segundo y 7424/29 = 256 muestras por revolucin. Esto equivale a 256/13 = 19. 7 muestras por diente, lo que debera ser suficiente para resolver el diente individual del engrane en la grabacin de tiempo.

El espectro es til para detectar bandas lateralesalrededor de la frecuencia del engranaje, que son una indicacin de modulacin de amplitudxe "modulacin de amplitud" y de frecuencia de la frecuencia del engranaje, lo que no se podr ver facilmente en la forma de onda.

Se puede examinar la onda de tiempo, o se puede calcular el espectro TRF. El espectro ser libre de ruido y la frecuencia de engranaje (29.333 x 13 = 381 Hz) ser claramente definida, y sus primeras siete armnicos sern visibles en el rango de frecuencias de 2900 Hz. Si se quiere buscar bandas lateralesxe "bandas laterales" \r "D2HBBandas_Later85" alrededor del engranaje, se deber usar un rango de frecuencias mas bajo, y la resolucin se deber incrementar, hasta 400 o 800 lneas para resolver facilmente las bandas laterales. Con este rango y una resolucin de 800 lneas la duracin de la grabacin en tiempo sera de 2 segundos y abarcar a 60 revoluciones del engrane y los dientes individuales del engrane estarn muy cerca unos de otros. La grabacin en tiempo de dos segundos contendr de esta manera 60 x 13 = 780 dientes, y 2, 56 x 400 x 2 = 2048 muestras o 2. 63 muestras por diente, lo que no es suficiente para resolver de manera adecuada los dientes individuales.

De lo anterior, se puede ver que si se quiere estudiar la grabacin de tiempo se tendr que usar un rango de frecuencias alto y un nmero de lneas bajo, pero si se quiere estudiar el espectro, se tendr que usar un rango de frecuencias mas bajo con un nmero de lneas ms alto. Esto es un ejemplo de que el dominio de tiempo y el dominio de frecuencia son deseables pero van en contra uno de otro.. Es necesario optimizar los parmetros de recopilacin. de datos de manera diferente para cada tipo de exhibicin. Entre parentesis esto tambin es vlido cuando no se hace el promedio sincronizado.

Los mismos valores basicos pueden ser usados para examinar el engrane activado, en lugar del pion si se agrega un multiplicador/divisor a los valores entre la salida del tacmetro y la entrada del disparador. Si el divisor est puesto para una proporcin de 13:31 sus pulsosxe "pulsos" de salida correspondern a cada revolucin del engrane activado. Entonces la forma de onda promediada de tiempo ensear los dientes del engrane activado en lugar de los del pion.

Naturalmente habr que activar el rango y la resolucin del analizador para poder mostrar una cantidad representativa de dientes en la duracin de la grabacin de tiempo.

Si la forma de onda estara sujeta a un analisis de frecuencia, la frecuencia predominante en el espectro sera 13x, lo que es la frecuencia de engranaje. La tcnica se puede aplicara cajas de engranesxe "cajas de engranes" con engranes mltiples, desde el momento que los nmeros de dientes son conocidos, y el divisor de frecuencias tiene la posibilidad de realizar la divisin correcta.

xe "anlisis Cepstrum"Anlisis Cepstrum

El anlisis Cepstrum tiene un gran valor en el diagnstico de cajas de engranes y de pro-blemas de rodamientos, cuando se combina con la realizacin de tendencias en tiempo. El sistema experto DLI (Expert ALERT) lo usa para este propsito. El anlisis Cepstrum es una tcnica adelantada que consiste en tomar un espectro de un espectro. Antes de calcular el cepstrum, se calcula el logartmo natural de la amplitud del espectro. El cepstrum est relacionado con la funcin de autocorelacin;si el espectro no se hace a una escala logartmica, el clculo del cepstrum producir la autocorelacin. En el anlisis de cepstrum se trata a un espectro como si fuera una forma de onda, y se hace otro espectro a partir del primero. El eje horizontal del cepstrum est relacionado con el tiempo, pero no es tiempo en el sentido convencional. Se le podra llamar tiempo peridico, y de todos modos se le mide en segundos. El aspecto til del cepstrum es que extrae patrones peridicos, esos patrones que se repiten en un espectro de la misma manera que un espectro extrae patrones peridicos de una forma de onda. Muchas veces un espectro de una mquina rotativa estar muy complejo y contendr varios grupos de armnicos de partes rotativos y quiza varios grupos de bandas laterales de varias modulaciones. Un cepstrum de anlisis de un espectro determinado tendr picos que corresponden a la distancia de los armnicos y de las bandas laterales y esas estarn separadas para que se puedan identificar ms facilmente. En comparacin con el espectro, el cepstrum representa una reduccin de datos de la misma manera que el espectro representa una reduccin de datos en comparacin con la forma de onda.

xe "terminologia Cepstrum"Terminologia Cepstrum

Nota del traductor:Ya que la terminologia inglesa Cepstrum est formada de puros neologismos, aplicamos a los terminos Espaoles la transformacin equivalente que la que el autor aplic a las palabras ingleses originales. La palabra Cepstrum es sencillamente la palabra espectro con las primeras letras en el orden inverso. Los diferentes parmetros del cepstrum recibieron nombres extravagantes que mencionamos a continuacin.

EspectroCepstrum

FrecuenciaQuefrencia

Arm(nicRam(nic

MagnitudGamnitud

Fasexe "fase"Safe

FiltroLiftro

Alto-PasoCorto-PAso

Bajo-PasoLargo-Paso

FundamentalMundafental

La quefrencia es el eje horizontal del cepstrum y tiene las unidades de tiempo peridico.

Rmonicos son componentes cepstrales que se encuentren a iguales incrementos de tiempo.

Por lo general, el cepstrum es mucho menos complejo que el espectro del cual fu derivado y de esa manera es ms facil de interpretar. La utilidad primaria de un cepstrum reside en la deteccin de fallas, realizando tendencias en el tiempo. En cierto modo, el cepstrum es un especie de esquema de reconocimiento de patrones. Es muy sensible a la emergencia de patrones de bandas laterales o armnicos que aparecen en los varios estadios de degradacin de maquinaria. Ya que el cepstrum separa efectivamente las varias familias de bandas laterales, y de armnicos, tambin es una herramienta poderosa en el diagnstico de fallas. Se debe tener cuidado ya que en algunas fallas tales como defectos en rodamientos con elementos rodantes los armnicos y las bandas laterales pueden disminuir cuando el rodamiento llega a un estado de desgaste avanzado.

A continuacin publicamos las grficas de un espectro y un cepstrum de la firma de vibracin de una mquina con rodamientos. Noten que el espectro presenta muchos armnicos y es muy complejo. La segunda grfica es el cepstrum del espectro. Los dos picos importantes en el cepstrum representan la serie de armnicos de la velocidad de funcionamiento (1x) y la serie de armnicos de un tono de rodamiento.

Si se hara el monitoreo de de esta mquina en un programa de mantenimiento predictivo, sus espectros se recogeran y se realizara una tendencia en el tiempo. Para determinar el estado de los rodamientos, se deberan anotar los niveles de varios armnicos de la frecuencia del rodamiento, ya que el nivel de la frecuencia fundamental es un buen indicador del estado del rodamiento.

Si se usara el cepstrum, para realizar el mismo tipo de tendencia, solamente se tendra que considerar el componente en 0. 0075 segundos, ya que su nivel depende de los niveles de todos los armnicos del tono de rodamiento en el espectro.

Espectro de una mquina con rodamientos

Cepstrum de una mquina con rodamientos

Propiedades Estadsticas de Seales de Vibracin

xe "probabiblidad de la distribucin"Probabiblidad de la Distribucin de Amplitudes

La firma de vibracin de una mquina siempre tiene una variacin aleatoria. Esto quiere decir que no se puede predecir su valor al instante. Aun asi, la probabilidad de que un valor dado caiga dentro de un cierto rango de amplitudes es predecible en un sentido estadstico. Por ejemplo, consideramos una seal corta de la seal de velocidad de la vibracin de una mquina en operacin. La velocidad de vibracin V puede variar en cualquier momento en una manera aleatoria, alrededor de un valor mediano. Supongamos que la escala est dividida en una serie de pequeas divisiones. Entonces la probabilidad estadistica que una seal se encontrar en una divisin se puede medir, anotando el tiempo que la seal permanece en cada divisin, dividido entre el tiempo de monitoreo total de la seal. La probabilidad de densidad es una medida de la distancia desde el valor mediano, y la amplitud se anotar contra la amplitud.

La curva de probabilidad de densidad con la que ms estamos familiarizados es la famosa curva de distribucin normal o de Gauss, que se conoce popularmente como la curva en forma de campana.

Distribucin de Probabilidades de Gauss

El valor RPCxe "RPC" de una seal con una distribucin de Gauss se llama la desviacin estandard y se abrevia con la letra griega sigma (Una seal de vibracin aleatoria producir una distribucin de Gauss, y la experiencia ha demostrado que las mquinas sanas tambin producen distribuciones de Gauss. A medida de que se van a desarrollar fallas en las mquinas, las curvas de distribucin cambian de forma. Por ejemplo una pequea falla en un rodamiento introducir picos en la forma de onda de vibraciones y eso incrementar el nivel de las extremidades de la curva de distribucin, como lo sealamos abajo.

Distribucin de amplitudes de un rodamiento gastadoxe "kurtosis" \r "D2HBKurtosis89"Kurtosis

Una representacin matemtica de la desviacin de una distribucin de amplitudes de la distribucin de amplitudes del tipo de la distribucin de Gauss es el llamado "cuarto momento" o kurtosis. La distribucin de Gauss tiene una kurtosis de 3, y un valor superior de kurtosis indica un valor cresta incrementado de la seal de vibracin.

Kurtosis es una medida vlida de la degradacin de la mquina, pero no da ninguna indicacin acerca del diagnstico del problema. Se report que la kurtosis est especialmente adaptada para el monitoreo de mquinas recprocas para la deteccin de fallas. Una posible ventaja en el uso de kurtosis como parmetro de deteccin de fallas, es que no se tiene que hacer una tendencia en el tiempo para que sea efectiva. Una kurtosis de 3 se considra generalmente como una indicacin de una mquina sana. Valores ms altos indican estados de fallas que progresan.

xe "demodulacin de amplitud" \r "D2HBDemodulaci_n90"Demodulacin de Amplitud

xe "modulacin de amplitud" \r "D2HBModulaci_n_d90"Modulacin de Amplitud en Firmas de Vibracin en Mquinas

Muchas mquinas producen firmas de vibracin que contienen modulacin de amplitud, y como se vi en la seccin anterior, la modulacin de amplitud causa la aparicin de bandas lateralesxe "bandas laterales" \r "D2HBBandas_Later90" en el espectro de vibraciones. Se puede diagnosticar varios tipos de problemas de mquinas, examinando en detalle esas bandas laterales. Ejemplos de mquinas que producen modulacin de amplitud son cajas de engranes,xe "cajas de engranes" donde la frecuencia del engranaje est modulada por la velocidad de revolucin de cada engrane, y rodamientos con elementos rodantes, donde los tonos de rodamientos se pueden modular por la velocidad de revolucin o la frecuencia fundamental del tren del rodamiento.

En el caso de cajas de engranes, un engrane excntrico, o una flecha con flexin causarn que el tono del engranaje se intensifique durante la parte de la revolucin del engrane en la que se est augmentando el radio-el engrane activado esta siendo acelerado en su rotacin durante este tiempo. La parte de la revolucin en la que el radio est disminuyendo imparte menos fuerza a los dientes de los engranes y el tono del engranaje est menos fuerte. (El tono del engranaje tambin est modulado en frecuencia al mismo tiempo y eso tambin causa bandas laterales en el espectro, pero para la presente discusin, solo consideraremos la modulacin de amplitud) Cualquier otro defecto en el engrane, como un diente cuarteado o astillado tambin causar un tono de engranaje irregular. Esto resultar en la modulacin del tono, y en la aparicin de bandas laterales en el espectro.

Ya que los engranes generalmente giran en la caja a velocidades diferentes, la modulacin de amplitud debida a varios de los engranes ser de proporcin diferente y las bandas laterales estarn ubicadas a distancias diferentes. Esto permite de limitar el diagnstico de las fallas de caja de engranes a engranes especficos y/o flechas, analizando las bandas laterales en el espectro de vibracin.

En rodamientos, la modulacin de tonos de rodamientos ocurre de maneras diferentes. Si el anillo interno de rodamiento tiene un pequeo defecto como una cuarteadura, este defecto se mover a dentro y a fuera del rea de carga al ritmo de las RPM de la flecha. Este supone que el anillo interno est girando y que se trata de una mquina horizontal. donde la gravedad ejerce una fuerza radial en lugar de axial en el rodamiento. El tono de rodamiento estar ms fuerte cuando el defecto est en el rea de carga, y lo ms dbil, cuando el defecto est fuera del rea de carga. Esto quiere decir que la frecuencia de paso de bola en el anillo interno ser modulada por amplitud y su espectro tendr bandas laterales, a distancias iguales de las rpm del anillo. En contraste con esto, una falla en el anillo externo que se queda estacionaria, siempre estar en el rea de carga y ninguna modulacin occurrir y tampoco se producirn bandas laterales alrededor de la frecuencia del anillo externo.

Si un elemento rodante presenta un defecto, este tambin entrar y saldr del rea de carga, pero lo har a la frecuencia fundamental de tren (FFT) en lugar de a las rpm. Eso es debido a que los rodillos migran en el rodamiento a las rpm de la jaula. Esta condicin producir modulacin de amplitud de la frecuencia de rotacin de la bola y las bandas laterales espectrales estaran a una distancia igual que la FFT.

Demodulacin de Amplitud Aplicada al Anlisis de Rodamientos

En rodamientos una u otra forma de modulacin de amplitud ocurre cuando los impactos causados por pequeas grietas en los anillos de rodamientos con elementos rodantes causan resonanciaxe "resonancia" \r "D2HBResonancia91" en los mismos anillos. Las frecuencias de resonancias de los anillos son por lo general muy altas, por lo general entre 2 KHz y 10 KHz. Las resonancias tienen una alta amortiguacin, debido al montaje fsico del rodamiento, y eso quiere decir que el rodamiento producir una serie de "pings" muy cortos al ritmo de las bolas pasanda la falla. Cada ping est en la frecuencia de resonancia y los pings estan a la distancia del periodoxe "periodo" de la frecuencia de paso de bolas.

Si se lleva a cabo un anlisis de la seal de vibracin que corresponde a la forma de onda que se ensea aqui, habr muy poca amplitud en la frecuencia fundamental y un grupo extenso de armnicos, de bajo nivel de la frecuencia de paso de bolas. Este se debe al hecho que los impulsos causados por las bolas encontrando la grieta, son muy breves en el tiempo, y contienen muy poca energia. Tampoco los armnicos son muy enrgicos. El ruido aleatorio en el espectro tiene una tendencia de inundarlas, y eso hace difcil encontrarlos especialmente en los primeros estados de una falla de rodamiento que se esta desarollando.

Las formas de onda que enseamos aqui estan idealizadas y no son verdaderamente representativas de datos recopilados de una mquina rotativa. La firma de vibracin de la mquina siempre contiene ruido de banda ancha junto con todas las frecuencias forzadasxe "frecuencias forzadas" y los armnicos etc. de procesos internos. Pero la firma todavia tendr en ella las seales que discutimos aqui, aunque puede ser que no sean visibles. Un procedimiento para la extraccin de una parte importante de la seal de vibracin se conoce como la demodulacin de amplitud. A continuacin lo describimos.

Si examinamos la forma de onda producida por el rodamiento se ve que se parece a una modulacin de amplitud. El tono de alta frecuencia de la resonancia del rodamiento est modulado por los impactos de las bolas contra la grieta del anillo exterior.

Forma de Onda de una Seal de Tiempo de RodamientoSi se pasa esta seal de tiempo a travs de un rectificador a diodo, o detector, los picos negativos se conviertan en picos positivos. La forma de onda se ha vuelto unilateral, como a continuacin lo sealamos.

Forma de Onda rectificada de Seal de Rodamiento

Si pasamos la seal a travs del filtro de bajo paso, se quita la oscilacin, debido a la resonancia y solo se queda el envolvente de la seal.

Envolvente de la Seal de Rodamiento

La seal envolvente tiene una proporcin de repeticin, que es igual a la frecuencia del paso de bolas, pero tiene mucha ms energia en la frecuencia fundamental, ya que los pulsosxe "pulsos" son ms anchos o ms largos en duracin

Este proceso de rectificacin y filtrado en realidad es una demodulacin de amplitud y es exactamente el mismo proceso que se usa en receptores radio AM para recuperar la informacin contenida en la onda cargadora, modulada.

A la seal demodulada se le puede hacer un anlisis de frecuencias y la frecuencia de paso de bolas ser el componente ms grande en el espectro.

Como lo mencionamos antes, las seales que enseamos aqui son idealizadas y son muy bajas de nivel. Por lo general son enterados en ruido. Pero la seal que se demodula es la frecuencia de la resonancia del rodamiento de alta frecuencia y esta se puede separar de la firma de vibracin de la mquina de banda ancha por filtracin. En muchos casos, un filtro sencillo, bipolar de paso alto, sintonizado a 2 KHz es adecuado para extraer el componente de resonancia modulado.

La filtracin de la seal que ser demodulada es extremadamente benfica, porque quita todo el ruido de baja frecuencia, y los componentes espectrales que tiendan a esconder los tonos de rodamientos generados por pequeos defectos. El espectro demodulado no contiene ningn ruido contaminante, y eso resulta en un mejoramiento importante de la proporcin seal ruido. Eso es la ventaja ms importante de la demodulacin de amplitud, como herramienta de diagnstico de mquina. Abajo enseamos el diagrama de un esquema efectivo de demodulacin de amplitud.

Anlisis Fundamental de Causas de Fallas

Definiciones

En el captulo acerca de Prcticas de Mantenimiento se introdujo el concepto de mantenimiento pro activo. Se puede definir el mantenimiento pro activo como una extensin del mantenimiento predictivo que incluye la determinacin de las razones de faltas en las mquinas. Aunque es importante y econmicamente viable detectar las fallas en mquinas en sus primeros nivelos y de corregirlas antes de que provoquen un paro de la mquina, el hecho de solamente reemplazar la parte que presenta el defecto, como el rodamiento por ejemplo, aunque corregir el problema del momento y permitir a la mquina funcionar, no corrige la causa que provoc la falta en el rodamiento.

El anlisis fundamental de faltas es anlogo a la practica en la medicina de buscar la causa bsica de una enfermedad y de tratarla, en lugar de tratar los sintomas. La disciplina que precisamente se dedica a este, se llama el Anlisis Fundamental de Causas de Faltas (AFCF), y ser instructivo analizar algunas de las tcnicas que se usan en esta tecnologia. La AFCF conste de varios pasos:

( Determinar que componentes de la mquina son responsables del problema.

( Determinar la causa de la falta que se detect.

( Tomar las medidas apropiadas para eliminar la causa identificada del problema. Un ejemplo sera de llevar a cabo una alineacin de precisin en una mquina propensa a faltas en rodamientos, por causa de carga radial excesiva.

( Examinar y analizar otras mquinas del mismo tipo y llevar a cabo las mismas tareas preventivas, si necesario.

( Redisear la instalacin de la mquina o la misma mquina para eliminar la posibilidad de que el mismo problema vuelve a presentarse en el futuro. En otras palabras eliminar el problema por medio de diseo.

Tcnicas AFCF

Algunas tcnicas que se usan en el Anlisis Fundamental de Causas de Faltas se describen a continuacin, pero de ninguna manera la lista est completa.

xe "medicin de fase"

xe "fase"Medicin de Fase

Las mediciones de las fases relativas de algunos componentes de vibracin son una herramienta poderosa en el diagnstico de problemas de maquinaria. Por ejemplo en una mquina con un acoplamiento entre dos flechas paralelas, a veces es difcil hacer una distincin entre desbalanceo y desalineacin basandose unicamente en los datos del espectro de vibraciones. Es importante hacer esta distincin, ya que es una perdida de tiempo el intentar balancear una mquina desalineada.

Pero la fase relativa del componente axial 1x en el rodamiento a un lado del acoplamiento en comparacin con el rodamiento del otro lado ser 180 grados, si el acoplamiento o las flechas estan desalineadas. Despus de alinear la mquina, habr que repetir la medicin para ver si los componentes axiales 1x a fase opuesta se redujeron de manera significativa. La medicin de vibracin es un chequeo y una verificacin del trabajo de alineacin, y es un chequeo mucho ms sensitivo, que el que permiten los mtodos convencionales de alineacin.

La mejor manera de hacer las mediciones es con un analizador a dos canales, midiendo al mismo tiempo las dos seales axiales. Con esta tcnica no se requiere un tacmetro u otro disparador de referencia de fase. Tambin se puede hacer la medicin con un analizador a un canal, si el analizador esta disparado desde un pulso de tacmetro que se tom de algun lugar en la flecha. Cada medicin esta hecha con referencia al tacmetro y la fase relativa est calculada por el software.

xe "espectro cruzado"El Espectro Cruzado

Los analizadores TRF a canales mltiples calculan el espectro cruzado y de eso derivan todas las otras funciones de 2 canales

El espectro cruzado es la medicin fundamental de dos canales. Es un espectro de magnitudes y de fases que es proporcional a la interdependencia de dos seales. Esta medicin se puede usar para determinar la fuente de los componentes de vibracin extraos que fueron encontrados en la firma de la mquina. Por ejemplo, si se sospecha de otra mquina cercana de contribuir a la vibracin de la mquina que examinamos se coloca un sensor en la fuente de la vibracin sospechada y otro en la mquina. El espectro, cruzado desde el origen hasta el destino se mide entonces con un analizador a dos canales. Si el espectro cruzado tiene un picoxe "pico" a la misma frecuencia que la vibracin medida en la mquina, esto quiere decir que por lo menos parte de la energia que causa la vibracin viene de la otra mquina. Esto es una medicin muy sencilla., que solamente necesita dos sensores de vibracin, y un analizador a dos canales.

De esta manera las fuentes de vibracin extraas se pueden detectar, y se puede evaluar la contaminacin de mediciones de vibracin deseadas que se usan en el mantenimiento predictivo. El espectro cruzado se puede usar para calcular otras medidas de dos canales incluyendo la Funcin de Respuesta de Frecuencia(FRF), la Funcin de Transferencia(FTR). La ms til es la FRF ya que es una medida del comportamiento dinmico de la estructura, independiente de la excitacin hacia la estructura. La FRF se usa en anlisis modal en el que se miden y ensean los modos de vibracin de un sistema mecnico y tambin en las pruebas de impedancia mecnica y de mobilidad como lo veremos en la seccin siguiente. El TRF se usa en pruebas como el anlisis de la forma de operar de la flexin que estudiaremos ms adelante.

xe "mobilidad de rodamiento"Mobilidad de Rodamiento

La mobilidad es el recproco de la impedancia mecnica, y se expresa en unidades de velocidad respuesta, por unidad de excitacin, como pulgada por segundo por libra.

Cuando medimos la vibracin de una mquina en operacin lo que realmente nos interesa son las fuerzas que causan la vibracin, no la misma vibracin. Esto es porque son las fuerzas que daan a la mquina. Por ejemplo, cuando medimos una vibracin radial elevada 1x en un crter de rodamiento, hacemos la suposicin que el nivel de vibracin est directamente relacionado con el dao potencial que est sufriendo el rodamiento. En otras palabras suponemos que las fuerzas que existen en el rodamiento, que causan el dao son proporcionales al nivel de vibracin medido. Eso es una sobresimplifacin.

Consideramos un motor elctrico accionando una bomba, y estamos midiendo el rodamiento de la extremidad libre del motor. La fuerza que actua en la frecuencia 1x est generada por la fuerza centrfuga debido al desbalanceo del rotor. La magnitud de esta fuerza depende de que tan rgido est el crter del rodamiento en la frecuencia 1x. La fuerza actual en el rea de carga del rodamiento es la fuerza centrfuga ms el peso del rotor. En otras palabres, si el motor est montado en resortes y est libre para moverse, una fuerza relativamente pequea resultar en un nivel alto de vibracin. En este caso, el desbalanceo residual podria causar componentes 1x relativamente altos en el espectro, pero ya que el motor no es muy rgido, la fuerza actuando sobre los elementos de los rodamientos puede ser pequea y se sobreestimar de manera importante la probabilidad de daos a los rodamientos.

Tambin, si la frecuencia de excitacin, 1x se encuentra cerca de de una frecuencia natural de la estructura, la amplitud de la vibracin estar muy alta, pero la fuerza que se necesita para causar la vibracin estar baja.

La mquina tiene un montaje flexible de absorcin de choques entre su base y ella.

Por otra parte, si el mismo motor, con el mismo desbalanceo residual est montado de manera rgida en una base slida, de manera que no se puede mover, el nivel de vibracin bajar. Las fuerzas actuando en el rodamiento se habrn incrementado, ya que ahora estan empujando contra la base y contra la tierra entera en lugar de contra la masa del motorEl nivel mas bajo de vibracin dara la impresin que el motor est bien balanceado, pero en realidad el rodamiento corre peligro de ser daado por las altas fuerzas involucradas. Asi podemos ver que el nivel medido de vibracin no es un buen indicador de lo que esta pasando en el rodamiento.

Aqui la mquina fue conectada de manera slida a la base.

Esto es una de las razones porque muchas mquinas con niveles de vibraciones altos funcionan por aos sin fallos en los rodamientos, mientras que otras mquinas con niveles de vibracin bajos usan rodamiento tras rodamiento.

La mobilidad mecnica de una estructura mecnica es el nmero recproco de la im-pedancia mecnica. Si conoceramos las caractersticas dinmicas del carter del rodamiento se podra calcular la fuerza actuando en el rodamiento a partir del nivel medido de vibracin. Es posible de medir la mobilidad del carter del rodamiento, aplicando una fuerza conocida y midiendo la respuesta. Esto se hace facilmente con un analizador a dos canales y un martillo de fuerza calibrado. El martillo tiene un transductor de fuerza en su extremidad, y la cantidad de fuerza que se aplica en un golpe del martillo se convierte en una seal elctrica. Esta seal elctrica se conecta con un canal del analizador. Un sensor de vibraciones est puesto en el crter y conectado con la otra entrada y se usa el martillo para pegar la estructura, mientras que el analizador calcula la proporcin de los dos espectros medidos.

Si la fuerza se mide en libras y la respuesta se mide en pulgadas por segundo, la mobilidad es un espectro de pulgadas por segundo por libra, como funcin de la frecuencia. La vibracin que resulta en cualquier frecuencia es igual a la fuerza multiplicada por la mobilidad en esa frecuencia. Supongamos que la mobilidad en 1x es de. 01 pulgada por segundo por libra, y supongamos que el nivel de vibracin en 1x cuando la mquina funciona es de. 1 pulgada por segundo. Entonces la fuerza centrfuga que acta en el crter es de. 1 :. 01 = 10 libras. Por otro lado, si la mobilidad sera de. 0001 pulgada por segundo por libra, la fuerza en el rodamiento sera de 1000 libras para el mismo nivel de vibracin medido.

Cuando la instalacin de la mquina ha sido correctamente diseada, la mobilidad mecnica en los rodamientos debera ser razonablamente alta para evitar fuerzas de rodamientos demasiado altas, debido a estados de desbalanceo. Esto es un rea donde las mediciones a dos canales proporcionan una informacin valiosa que casi no se puede obtener de otra manera.

xe "formas de flexin en operacin"Formas de Flexin en Operacin

Es bien conocido que en el caso de varios tipos de mquinas, de velocidad diferente, por lo general hay algunas velocidades en las que el funcionamiento de la mquina es muy deficiente, lo que se nota en niveles de vibracin excesivos o en una calidad inferior del producto. Un buen ejemplo de este fenmeno se encuentra en la indstria del papel, donde se reduce la capacidad de produccin ya que la mquina no puede funcionar de manera segura a ciertas velocidades.

La razn primaria del comportamiento irregular de mquinas complejas a velocidades diferentes es que las resonancias mecnicas en las estructuras son excitadas cuando las frecuencias forzadasxe "frecuencias forzadas" \r "D2HBFrecuencias_96" se acercan de una frecuencia natural de la estructura. Una mquina larga tendr muchos modos de vibracin, cada uno a una frecuencia natural particular y por lo general es muy difcil de determinar donde y como la estructura se mueve en cualquier situacin de resonancia.xe