Universidad Politcnica SalesianaIngeniera MecnicaMantenimiento

Nombre: Alexander Canencia

Curso: 5 BTema: Resumen de vibracionesResumenCada mquina rotativa presenta una vibracin caracterstica que la diferencia de forma nica, y se conoce comnmente como firma de vibracin. Esta seal est totalmente condicionada por su diseo, fabricacin, uso y desgaste de cada uno de sus componentes. Si el mecnico o ingeniero de mantenimiento al cargo de un equipo industrial invierte su tiempo y esfuerzo en conocer la naturaleza de la vibracin que esta presenta, no tardar mucho tiempo en lograr un importante ahorro de costes de operacin y mantenimiento. Vibracin Mecnica.- Es un movimiento oscilatorio de vaivn desde una posicin de equilibrio hasta una posicin mxima. Referido tambin como movimiento repetitivo con valores de magnitud razonablemente semejantes en un cierto intervalo de tiempo, se dice que la vibracin es peridica. Existen dos tipos generales de vibraciones libres y forzadas. Vibracin libre.-Ocurre cuando un sistema oscila bajo la accin de fuerzas inherentes al sistema mismo, es decir no existen fuerzas exteriores. Vibracin forzada.- Existen fuerzas externas al sistema ejemplo la fuerza centrfuga de una masa de un elemento rotatorio (desbalanceo mecnico)FrecuenciaEl tiempo que tarda la masa en ir y volver al punto A siempre es constante. Este tiempo recibe el nombre de perodo de oscilacin (medido generalmente en segundos o milisegundos) y significa que el muelle complet un ciclo. El recproco del perodo es la frecuencia (es decir F=1/P) la cual generalmente es dada en Hz (ciclos por segundo) o CPM (ciclos por minuto).AmplitudLa amplitud desde el punto de vista de las vibraciones es cuanta cantidad de movimiento puede tener una masa desde una posicin neutral (marcada como 0 en laFigura 7). Es la intensidad de la vibracin, y es indicativa de la severidad de la misma.Existen diversas formas de medir la amplitud de una onda como se puede ver en laFigura 9. Podemos decir que el movimiento tiene una amplitud de pico (p) de A mm, ya que sabemos que como la curva es simtrica tambin existe un movimiento de amplitud -A mm en la direccin opuesta. Tambin podemos decir que la curva tiene un valor de desplazamiento pico a pico (p-p) de 2A, correspondiente a A mm hacia arriba y A mm hacia abajo.La tercera forma de describir la amplitud se denomina valor RMS (root-mean-square) y es un poco ms compleja. Es la raz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores de la onda. En el caso de una onda sinusoidal el valor RMS es igual a 0.707 del valor pico, pero esto es slo vlido en el caso de una onda sinusoidal. El valor RMS se utiliza para medir la energa de la forma de onda.

Figura 9: Medidas de amplitud.

Vibracin compuestaUna vibracin compuesta es la suma de varias vibraciones simples. La vibracin de una mquina es una vibracin compuesta de una serie de vibraciones simples asociadas a sus componentes internos en movimiento. Teniendo esto en cuenta, se deduce que la forma de onda de vibracin de una mquina no es una seal sinusoidal sino que puede llegar a ser muy compleja. Como se puede ver en laFigura 11, dos seales de vibracin de diferente frecuencia se suman formando una vibracin compuesta. Incluso en casos tan sencillos como este, no resulta fcil obtener las frecuencias y amplitudes de las dos componentes a partir de la forma de onda resultante. La gran mayora de las seales de vibracin son mucho ms complejas que esta y pueden llegar a ser extremadamente difciles de interpretar.

Figura 11: Suma de vibraciones simples en el dominio del tiempo.

Figura 16: Suma de vibraciones simples en el dominio de la frecuencia.

Como ya se ha dicho, la grfica en el dominio del tiempo se llama la forma de onda, y la grfica en el dominio de la frecuencia se llama el espectro. El anlisis del espectro es equivalente a transformar la informacin de la seal del dominio de tiempo en el dominio de la frecuencia.

Magnitudes: desplazamiento, velocidad y aceleracinHasta ahora, solamente hemos considerado como medida de la amplitud de la vibracin de un objeto el desplazamiento.El desplazamiento es sencillamente la distancia al objeto desde una posicin de referencia o punto de equilibrio. Aparte de un desplazamiento variable, un objeto vibrando presenta una velocidad variable y una aceleracin variable. La velocidad se define como la proporcin de cambio en el desplazamiento y se mide por lo general en in/s (pulgadas por segundo) o mm/s. La aceleracin se define como la proporcin de cambio en la velocidad y se mide en g (la aceleracin promedio debida a la gravedad en la superficie de la tierra) o mm/s.

Figura 17: Desfase entre magnitudes.Figura 18: Magnitudes en frecuencia.

Las unidades de amplitud seleccionadas para expresar cada medida tienen gran influencia en la claridad con la cual se manifiestan los fenmenos vibratorios. As, segn se puede ver en laFigura 18, el desplazamiento muestra sus mayores amplitudes en bajas frecuencias (tpicamente por debajo de 10 Hz), la velocidad lo hace en un rango intermedio de frecuencias (entre 10 y 1.000 Hz), y la aceleracin se manifiesta mejor a altas frecuencias (por encima de 1.000 Hz).Para ilustrar estas relaciones, consideremos lo fcil que resulta mover la mano una distancia de un palmo a un ciclo por segundo o 1 Hz. Probablemente sera posible lograr un desplazamiento similar de la mano a 5 o a 6 Hz. Pero consideremos la velocidad con que se debera mover la mano para lograr el mismo desplazamiento de un palmo a 100 Hz o 1.000 Hz. Esta es la razn por la que nunca se ven niveles de frecuencia altos combinados con valores de desplazamiento altos. Las fuerzas enormes que seran necesarias sencillamente no se dan en la prctica.

En laFigura 19se presenta un grfico con el comportamiento de las distintas unidades de amplitud en todo el rango de frecuencias. Los tres espectros proporcionan la misma informacin, pero su nfasis ha cambiado. La curva de desplazamiento es ms difcil de leer en las frecuencias ms altas. La curva de velocidad es la ms uniforme en todo el rango de frecuencias. Esto es el comportamiento tpico para la mayora de la maquinaria rotativa pero, sin embargo, en algunos casos las curvas de desplazamiento y aceleracin sern las ms uniformes. Es una buena idea seleccionar las unidades de tal manera que se obtenga la curva ms plana. Eso proporciona la mayor cantidad de informacin visual al observador. El parmetro de vibracin que se utiliza ms comnmente en trabajos de diagnstico de maquinaria es la velocidad.Por ltimo, ilustraremos lo dicho con el caso prctico de laFigura 20donde se muestra un mismo espectro en unidades de desplazamiento y aceleracin. Ambas grficas corresponden a un deterioro de un rodamiento. En el espectro en desplazamiento no se observa el problema, mientras que en el espectro en aceleracin se observa claramente

Figura 19: Comportamiento espectral. Figura 20: Deterioro de un rodamiento.

Anlisis espectralCuando se mide la vibracin de una mquina, se genera una informacin muy valiosa que es necesario analizar. El xito de dicho anlisis depende de la correcta interpretacin que se le de a los espectros capturados con respecto a las condiciones de operacin en que se encuentra la mquina. Los pasos tpicos en el anlisis de vibracin son: Identificacin de los picos de vibracin en el espectro: lo primero es identificar el pico de primer orden (1x), correspondiente a la velocidad de rotacin del eje. En mquinas con mltiples ejes, cada eje tendr su frecuencia de rotacin caracterstica 1x. En muchas ocasiones, los picos 1x del eje van acompaados de una serie de armnicos o mltiplos enteros de 1x. Existen armnicos de especial inters, por ejemplo, si se trata de una bomba de seis labes, normalmente, habr un pico fuerte espectral en 6x. Diagnstico de la mquina: determinacin de la gravedad de problemas de mquina basndose en las amplitudes y la relacin entre los picos de vibracin. Recomendacionesapropiadas para las reparaciones, basadas en la gravedad de los problemas de mquinas. Consideremos a modo de ejemplo el sistema de laFigura 21. A partir de los datos de la misma podemos calcular las principales frecuencias inters:

F. motor = 1.800 rpm = 30 Hz

F. bomba = (100 / 300) dientes * 1.800 rpm =600 rpm = 10 Hz

F. engrane = 100 dientes * 1.800 rpm =300 dientes * 600 rpm = 1,800.000 rpm = 3.000 Hz

F. paso de labe = 8 labes * 600 rpm =4.800 rpm = 80 Hz

Figura 21: Ejemplo de un sistema mecnico.

En esta mquina tenemos dos ejes (motor y bomba). En el caso del motor, el valor 1x es 30 Hz, adems probablemente encontremos un pico de frecuencia en el espectro en el armnico 100x, que se corresponde con la frecuencia de engrane entre pion y corona. Para la bomba, el valor 1x es 10 Hz, y su principal armnico de inters es 8x, que se corresponde con la frecuencia de paso de labe. Obviamente, pueden aparecer otras frecuencias, como por ejemplo, bandas laterales en la frecuencia de engrane, frecuencias de cojinetes, y armnicos de las frecuencias calculadas.En el espectro de vibracin de laFigura 22aparece representada la firma de vibracin de nuestro sistema mecnico de ejemplo. Una vez que hemos identificado las frecuencias de inters, la siguiente cuestin es si el valor de su amplitud es aceptable o inaceptable. Un valor de vibracin aceptable es aquel que no causa una reduccin en la vida de la mquina ni causa daos en los equipos cercanos. Algunas mquinas estn diseadas para tolerar niveles de vibracin extremadamente altos (por ejemplo, molinos) y otros equipos son muy sensibles incluso al ms leve nivel de vibracin (por ejemplo, sistemas pticos).

Figura 22: Espectro de vibracin.

MQUINAS ROTATIVASMuchos programas de anlisis de vibraciones se limitan al estudio de mquinas como bombas y ventiladores. Sin embargo, el monitorizado y el anlisis de vibraciones pueden extenderse tambin a maquinaria rotativa ms compleja, as como a una gran variedad de sistemas en procesos continuos. Por ello, la clasificacin de mquinas rotativas debera incluir bombas, ventiladores, compresores, generadores, mquinas de papel y una gran variedad de mquinas de procesos continuos ms. Por definicin, un TREN DE MAQUINARIA consiste en una fuente de potencia (motor elctrico, turbina de vapor,...), unos acoplamientos intermedios (correas, embragues, cajas de cambio,...) y toda una serie de elementos mviles como bombas, ventiladores y dems componentes que pueden intervenir en procesos continuos.Conclusiones y Recomendaciones:De todo lo expuesto anteriormente se desprende que para llevar a cabo un estudio vibracional de las mquinas u otros equipos es necesario disponer de los datos iniciales para establecer los patrones de comparacin. Si son valores globales se realizar el anlisis por tendencia del aumento de esos valores (RMS) y si son espectros se debe contar con los espectros patrones

Bibliografa:T. Thomson.Vibration Theory and Applications. London 1988. French. Vibraciones y Ondas .Editorial Revert 1982. Reyes. Oscilaciones y Onads. Editorial Empes. ISPJAE. Piedra. Aplicaciones de las vibraciones al estudio de las instalaciones energticas. Boletn Tcnico CEN Juragu.1990.