Vibraciones Básicas de Máquinas

8/20/2019 Vibraciones Básicas de Máquinas

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Introducción al Análisis Básico de Maquinaria

Ronald L. Eshleman


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Vibraciones Básicas de Máquinas

Introducción al Análisis Básico de Maquinaria

Author: Ronald L. Eshleman, Ph.D., P.E.

Director, Vibration Institute

Editor: Judith Nagle-Eshleman, Ph.D.

Secretary-Treasurer, Vibration Institute

Traducción al español: Eduardo Murphy Arteaga

Representante en México del Vibration Institute

VIPress, Incorporated

Clarendon Hills, Illinois 60514


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Eshleman, Ronald L.

Vibraciones Básicas de Máquinas: Una introducción a la prueba de maquinaria, análisis y

monitoreo/Ronald L. Eshleman

p. cm VIPress, Inc.

Incluye referencias bibliográficas

ISBN 0-9669500-1-1

1. Maquinaria – Monitoreo 2, Maquinaria – Análisis

I. Título

© 2002 VIPress, Incorporated, Clarendon Hills, IL 60514

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducido de ninguna manera o

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El autor y el editor han hecho lo mejor para preparar este libro. Sus esfuerzos incluyen el desarrollo y la

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Impreso en Estados Unidos de America

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TABLA de CONTENDO

Capítulo I: Vibraciones básicas de maquinaria

Unidades de Vibración 1.1

La Naturaleza Física de la Vibraciones 1.2

Movimiento Vibratorio 1.3

Parámetros empleados para medir vibraciones 1.7

La medición de Vibraciones 1.11

Medición del Angulo de Fase 1.13

Análisis de Vibraciones 1.14

Excitación 1.16

Frecuencias Naturales, Formas Modales y Velocidades Criticas 1.17

Resumen de la Teoría Básica de Vibraciones 1.19

Capítulo II: Adquisición de los Datos

Selección del Parámetro a medir 2.2

Transductores de Vibración 2.5

Accesorios de Disparo 2.11

Selección de los Transductores 2.13

Montaje de Transductores 2.14

Localización de los Transductores 2.15

Rango de Frecuencias 2.16

Presentación de los Datos en la Pantalla 2.17

Resumen de la Adquisición de Datos 2.19Referencias 2.19

Capítulo III: Procesamiento de Datos

Osciloscopios 3.1

Analizador FFT 3.3

Colectores de Electrónicos de Datos 3.5

Muestreo de Datos 3.5

Frecuencias Fantasmas (Aliasing) 3.7

Ventanas Espectrales 3.8

Rango Dinámico 3.11

Promediado 3.12

Ajuste del Analizador FFT y Colector de Datos 3.14

Resumen de Procesamiento de Datos 3.17

Referencias 3.18


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Capítulo IV: Diagnóstico de Falla

Técnicas de Diagnóstico de Fallas 4.1

Fallas a la Velocidad de Operación 4.6

Cojinetes de elementos rodantes 4.14

Cajas de engranes 4.20Motores Eléctricos 4.24

Máquinas Centrifugas y Axiales 4.30

Bombas 4.31

Ventiladores 4.36

Compresores 4.39

Resumen del Diagnóstico de Fallas 4.40

Referencias 4.41

Capítulo V: Evaluación de la Condición de la Máquina

Vibración en eje 5.3

Vibración en cojinetes 5.3

Vibración en carcasa 5.5

Resumen Evaluación de la Condición de la Máquina 5.9

Referencias 5.10

Capítulo VI: Pruebas en Máquinas

Programación de pruebas 6.1

Selección del equipo de prueba 6.3Inspección del sitio 6.4

Pruebas de aceptación 6.4

Pruebas de línea base o de referencia (firma espectral) 6.4

Pruebas de resonancia y de velocidades criticas 6.5

Pruebas de falla, condición y balance 6.11

Especificaciones 6.11

Medio ambiente y montaje 6.12

Presentación de datos 6.12

Reportes o formatos de reportes 6.14

Resumen de Pruebas de Máquinas 6.16

Referencias 6.17


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Capítulo VII: Monitoreo Periódico

Listado y Categorización 7.2

Conocimiento de la Máquina 7.2

Selección de la Ruta y Definiciones 7.5

Medidas y Puntos de Medición 7.8Datos de Referencia 7.11

Frecuencia de la Colección de Datos 7.12

Selección de Equipos de Prueba 7.12

Pantalla 7.13

Tendencias 7.15

Alarmas 7.16

Reportes 7.17

Resumen del Monitoreo Periódico 7.17

Referencias 7.18

Capítulo VIII: Balanceo Básico de Máquinas Rotativas

Tipos de Desbalance 8.2

Equipo de Balanceo 8.3

Verificaciones Previas al Balanceo 8.4

Mediciones 8.4

Relación entre el Desbalance de Masas y Angulo de Fases 8.6

Selección del peso de Prueba 8.7

Errores de Balanceo 8.7

Método Vectorial con Peso de Prueba 8.7

Fraccionamiento del Peso y la Combinación 8.9

Niveles Aceptables de Vibración 8.9

Resumen de Balanceo Básico de Máquinas Rotativas 8.10

Referencias 8.12


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PROLOGO

Vibraciones Básicas de Máquinas, es un libro para principiantes en el campo de mantenimiento

predictivo que quiere comprender los fundamentos esenciales de las vibraciones en máquinas. El libro hasido desarrollado para servir como texto para un curso de cuatro dias en vibraciones de máquinas.

Ejemplos adicionales y revisión de preguntas pueden ser agregados a discreción del instructor. Los

resúmenes al final de cada capítulo también pueden usarse para uno o dos días de clases de revisión.

El autor reconoce las contribuciones de datos: de Kevin R. Guy, David B. Szrom, y Nelson L. Baxter. Se

aprecian los esfuerzos corrección ortográfica de Loretta G. Twohig y Dave Butchy. El autor desea

agradecer a Ciro Martinez Trinidad por su traducción tan excelenta al español de Basic Machinery

Vibrations; el trabajo de Joanne King en perfeccionar el manuscrito, y en el esfuerzo del repaso de Edgar

Ablan..

Clarendon Hills, Illinois Ronald L. EshlemanMayo, 2002


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1.1

CAPITULO I

VIBRACIONES BÁSICAS DE MAQUINARIA

Un analista sin los conocimientos básicos es como una máquina mal cimentada.

Tradicionalmente, las vibraciones se han asociado con fallas en las máquinas: desgaste,funcionamiento anormal, ruido y daños estructurales. Sin embargo, en los últimos años, las vibraciones

han sido usadas para ahorrar a la industria millones de dólares por paros de maquinaria. La evaluación

de los cambios en los niveles de vibración de las máquinas se ha convertido en parte importante de la

mayoría de los programas de mantenimiento. Evaluaciones similares se han empleado para resolver

problemas de diseño, así como para establecer la causa de problemas de funcionamiento anormal y fallas

crónicas.

En este capítulo se tratan los fundamentos de las vibraciones mecánicas y la forma en que se

miden. Se definen las unidades y su terminología. Se enumeran las conversiones de unidades de

amplitud y de frecuencia. Se explica el ángulo de fase entre distintos puntos medidos y su

significado. Finalmente, se describen algunas propiedades de las máquinas.

UNIDADES DE VIBRACIÓN

Las unidades básicas utilizadas en este libro para describir las fuerzas de vibración y su movimiento

son:

TABLA 1. 1

Parámetro Sistema Internacional Sistema Imperial o Inglés

A m p l i t u d d e

v i b r a c i ó n

Desplazamiento micrómetro Pico a Pico(μm P-P)

milésimas de pulgada Picoa Pico (mils P-P)

Velocidad milímetros/segundo Cero aPico o rms( mm/s 0-P o rms )

pulgadas por segundo Ceroa Pico o rms(ips 0-P o rms)

Aceleración metros / segundo al cuadradoCero a Pico( m/s2 0-P)

g´s pico o rms(1 g = 386.1 in/s2 )

Masa kilogramos (kg) libras masa (lbm)Fuerza Newtons (N) libras fuerza (lbf)Frecuencia ciclos por minuto (cpm)

ciclos por segundo o Hertz(cps o Hz)radianes por segundo (rad/s)

ciclos por minuto (cpm)ciclos por segundo o Hertz(cps o Hz)radianes por segundo(rad/s)

Fase o desplazamientoangular

grados sexagesimales oradianes (° o rad)

grados sexagesimales oradianes (° o rad)

Velocidad de rotación revoluciones por minuto(rpm)

revoluciones por minuto(rpm)


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1.2

Equivalencias:

1 μm = 1 x10-6 m

1 g = 386.1 in/s2 = 32.2 ft/s2 = 9.81 m/s2

1mil = 0.001 in = 25.4 μm

ips = inches per second = in/s (pulgadas / segundo)

rms = root mean square (valor cuadrático medio)

Una revolución del eje o un periodo de vibración es igual a 360°

1 radián = 180°/π = 57.2957°...≈ 57.3°

La Naturaleza Física de las Vibraciones

Las máquinas y estructuras vibran en respuesta a una o más fuerzas pulsantes comúnmente llamadas

fuerzas de excitación. Como ejemplo, podemos mencionar el desbalance de masa o las fuerzas originadas

por desalineamiento. El proceso es de causa y efecto (Figura 1.1) La magnitud de la vibración no depende

solamente de la fuerza sino también de las propiedades del sistema, ambas pueden depender de la

velocidad de la máquina. Las propiedades del sistema son: masa, rigidez y amortiguamiento.

La masa, es el peso

dividido entre la constante

gravitacional (ver figura 1.2a);

La rigidez, depende de la

elasticidad de los materiales del

sistema y se expresa como el

cociente de la fuerza por unidad

de deflexión (N/m, lbf/in) La

rigidez se determina aplicando

una fuerza (en N o lbf ) a una

estructura mientras que se mide

su deflexión (ver figura 1.2b);

El amortiguamiento, es la

medida de la habilidad de un sistema para disipar energía vibratoria. El amortiguamiento es proporcional

ya sea al desplazamiento, en caso de estructuras, o a la velocidad, en caso de amortiguadores tales como

los empleados por los automóviles y cojinetes de película de aceite o cojinetes hidrodinámicos (ver figura

1.2c)

Figura 1.1. Naturaleza de la vibración de una máquina; Causa y Efecto.


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1.3

La causa de la vibración es usualmente gobernada por varios factores tales como: la operación para

la cual la máquina ha sido diseñada en un proceso; tolerancias de manufactura e instalación y defectos de

los componentes de la máquina debidas a manufactura y a desgaste. Las vibraciones pueden ser utilizadas

para identificar defectos que se originan por diseños defectuosos, fallas de instalación y desgaste.

Movimiento Vibratorio

Existen tres características fundamentales de la vibración son: frecuencia, amplitud y fase.

La frecuencia se define por el número de ciclos o eventos por unidad de tiempo. Se expresa en ciclos

por segundo o Hertz (cps o Hz), en ciclos por minuto (cpm), u órdenes de la velocidad de operación si la

vibración es inducida por una fuerza a la velocidad de giro. La velocidad de operación de una máquina,

así como sus velocidades críticas, se expresan en revoluciones por minuto (rpm)

El período (T), se obtiene de la forma de onda (amplitud vs. tiempo, Figura 1.3) y es el recíproco de

la frecuencia (T = 1/f) El período se define como el tiempo requerido para completar un ciclo de

vibración.

La Amplitud (A), es el valor máximo de la vibración en una cierta localidad de la máquina.

La Fase es la diferencia angular medida en grados o radianes entre vibraciones de la misma

frecuencia (Figura 1.4) Esta diferencia angular también puede medirse en unidades de tiempo. En la

figura 1.4 se observa que el pico de la vibración registrada en el punto B (trazo superior), ocurre en el

tiempo, antes que el pico registrado en el punto A (trazo inferior) Se dice entonces, que la vibración

registrada en el punto B está adelantada con respecto al punto A.

La fase puede usarse para determinar la relación en tiempo entre una fuerza de excitación y la

vibración que causa; por ejemplo, la fuerza originada por desbalance de masa y la vibración que genera.

Esta relación angular puede emplearse para efectuar un balanceo de la máquina.

Al movimiento que se repite a intervalos regulares, se le llama periódico (Figura 1.3) La forma de

onda senoidal de la Figura 1.3 tiene un período (T) El período se mide en segundos o milisegundos (s o

ms)1 La frecuencia (f) es igual al inverso del período o 1/T La forma más básica del movimiento

periódico es el movimiento senoidal (comúnmente llamado movimiento armónico simple) que se

representa por una senoide (Figura 1.3)

1 El periodo es medido en segundos o milisegundos [1,000 milisegundos (mseg) = 1 seg, para obtener segundos a partir demilisegundos, mover el punto decimal hacia la izquierda tres lugares o dividir entre 1,000


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1.4

Figura 1.2a. Propiedad del Sistema: masa.

Figura 1.2b. Propiedad del Sistema: rigidez.

Figura 1.2c. Propiedad del Sistema: Amortiguamiento


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1.5

Figura 1.3. Vibración Armónica de un Rotor.

Algunos movimientos vibratorios de máquinas sonarmónicos simples, como ejemplo podemos mencionar la

vibración de una máquina debida a desbalance de masa

que ocurre a la frecuencia de la velocidad de operación.

Sin embargo, la mayoría de las máquinas tienen múltiples

componentes de frecuencias distintas que generan una

vibración no armónica aunque sí periódica, tal como la

mostrada en la Figura 1.5.

Los armónicos son múltiplos enteros (1, 2, 3, 4..) decualquier vibración senoidal. Los órdenes son múltiplos

enteros de la frecuencia de la velocidad de operación de la

máquina.

La amplitud de vibración puede expresarse de varias

maneras: valor cuadrático medio (rms), cero a pico ( 0-P) y

pico a pico (P-P) ver Figuras 1.3 y 1.5: La amplitud pico a

pico se mide en la forma de onda de picos adyacentes

positivo y negativo. Para una señal armónica simple comola mostrada en la Figura 1.3, los valores rms o pico pueden

expresarse en términos del valor pico a pico: el valor pico

es igual a la mitad del valor pico a pico y, el valor rms es

igual a 0.707 el valor pico.

Figura 1.4.Medición del ángulo de fase


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1.6

Figura 1.5. Espectro y Forma de Onda de un Motor.Para cualquier forma de onda no armónica tal como la mostrada en la Figura 1.5, el valor rms no

puede convertirse a valor pico ni viceversa. La amplitud positiva normalmente no es igual a la amplitud

negativa de una forma de onda no armónica. El valor pico es el valor más grande, ya sea positivo o

negativo. En general, el valor pico a pico no será igual a dos veces el valor pico. La multiplicación del

valor rms por 1.414 ( 1/0.707) no es un valor pico verdadero a menos que la vibración sea armónica; esto

es, que la vibración sea de una sóla frecuencia. Muchos instrumentos despliegan el valor pico como 1.414

veces el valor rms. Esto no es un valor pico verdadero a menos que la forma de onda sea senoidal.

Notemos que el valor rms se relaciona con la energía de la vibración2, en una máquina. Por ejemplo, elvalor rms de la forma de onda mostrada en de la Figura 1.5 es de 0.186 ips y el valor pico es 0.416 ips.

Notemos que al multiplicar 0.186 ips por 1.414, se obtiene un valor pico igual a de 0.263 ips. Este pico

se conoce comúnmente como “pico derivado”.

El número de ciclos por unidad de tiempo es la frecuencia de la vibración y es igual al inverso del

periodo:

T = periodo, s/ciclo

f = 1/T, ciclos/s (cps)

2 El valor rms puede ser definido matemáticamente por la siguiente fórmula: A rms = √ ½ (v12 + v2

2 + v32 + v4

2 +..... + vn

2), donde vi son las amplitudes pico de cada armónica que compone la vibración; n es el número decomponentes. El valor rms también puede obtenerse por circuitos eléctricos analógicos especiales.

rms: 0.186


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1.7

N = 60 x f, ciclos / minuto (cpm)

La vibración con un período de 11.899 ms (0.0119 s) tiene una frecuencia de 84.04 Hz o 5,042 cpm

de acuerdo a la simple ecuación f = 1/T.

Parámetros empleados para medir vibraciones

Las medidas empleadas para evaluar la magnitud o cantidad de vibración en maquinase muestran en

la Tabla 1.2

TABLA 1. 2

Medida Unidades Descripción

Desplazamiento μm P-P;mils P-P

Movimiento de las máquinas o estructuras, serelaciona con esfuerzo.

Velocidad

mm/s 0-P o rms;

ips 0-P o rms

Rapidez de cambio del desplazamiento, se

relaciona con fatiga.

Aceleraciónm/s2 0-P o rms;g´s 0-P o rms

Está relacionado con las fuerzas presentes enlas componentes de las máquinas

Desplazamiento: Es la medida dominante a bajas frecuencias y se relaciona con el esfuerzo en

miembros estructurales flexibles. Se expresa en μm P-P o mils P-P debido a que, generalmente, los

desplazamientos de las máquinas son no armónicos y los picos positivos tienen magnitud distinta a los

picos negativos. El desplazamiento se usa para medir vibraciones de baja frecuencia (inferior a 1200 cpm

o 20 Hz) sobre las cubiertas de los cojinetes y en estructuras. El desplazamiento también se emplea

comúnmente para medir el desplazamiento relativo de un eje y su cojinete o entre la carcasa de lamáquina y el eje. En este caso, se usa a la frecuencia de velocidad de operación y a órdenes de ésta. La

figura 1.6 muestra el desplazamiento y la aceleración armónicos en función de una velocidad constante de

0.2 ips en un rango de frecuencias de 10 a 1000 Hz. El desplazamiento para una velocidad de 0.2 ips a

600 cpm (10 Hz) es igual a 6.4 mils P-P , mientras que para 60,000 cpm (1,000 Hz) es igual a 0.064mils

P-P. Es por lo tanto difícil medir el desplazamiento a altas frecuencias debido a las bajas amplitudes de la

vibración en relación con el “ruido” de la señal.

Velocidad: Es la rapidez del cambio del desplazamiento con respecto al tiempo. Depende tanto del

desplazamiento como de la frecuencia y está relacionada con la fatiga del material. Mientras más alto seael desplazamiento y/o la frecuencia de la vibración, mayor es la severidad de vibración de una máquina en

determinada localidad. La velocidad se emplea para evaluar la condición de las máquinas en un rango de

frecuencia de 600 a 60,000 cpm (10 a 1,000 Hz)

Aceleración: Es la medida dominante a altas frecuencias es proporcional a la fuerza sobre una

componente de una máquina, tal como un engrane y es empleada para evaluar la condición de la


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1.8

máquina cuando las frecuencias exceden a 60,000 cpm (1,000 Hz) En la Figura 1.6 una vibración

de 0.2 ips a 1000 Hz, es igual a una aceleración de 3.25 g´s y para 0.2 ips a 600 cpm (10 Hz), la

aceleración es solamente de 0.03 g´s. Concluimos que la aceleración es una medida inadecuada a

bajas frecuencias debido a que la amplitud de

señal es baja.Conversión entre medidas. Una

ilustración gráfica de la relación entre el

desplazamiento, velocidad y aceleración

armónicos se observa en la Figura 1.7. Para

movimiento armónico los valores pico del

desplazamiento, velocidad y aceleración

pueden calcularse empleando las relaciones

mostradas en la Tabla 1.3:

Tabla 1. 3

Velocidad = 2πfD

Aceleración = 2πfV = (2πf)2D

D : Desplazamiento pico (Pulgadas)

f : Frecuencia (ciclos/s)

V : Velocidad (ips)

A : Aceleración (in/s2) (1 g = 386.1 in/s2)

Figura 1.6. Gráfico de Desplazamiento yAceleración para una Velocidad constante

de 0.2 pulg/seg.

Figura 1.7. Relaciones entre elDesplazamiento, Velocidad y Aceleración.


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1.10

Solución:

f = 1,775 ciclos/min (1 min / 60 s) = 29.58 ciclos/s = 29.58 Hz

D = Aceleración / (2πf)2

D = 0.5 g´s (386.1 in/s2/g) / (2π x 29.58)2

D = 0.0056 in 0-P = 5.6 mils 0-P

D = 11.2 mils P-P = 11.2 x 25.4 μm P-P = 284 μm P-P

Ejemplo 1.4: Convertir una aceleración de 2 g´s rms a 60,000 cpm (1,000 Hz) a velocidad en

ips 0-P y mm/s 0-P.

Solución:

A = 2 (1.4142) 0-P = 2.828 g´s 0-P

A = 2.828 x (386.1 in/s2) 0-P = 1,091.9 in/s2 0-P

V = 1,091.9 in/s2 0-P / 2π(1,000)

V = 0.17 in/s 0-P = 4.41 mm/s 0-P

Ejemplo 1.5: Convertir una velocidad de vibración de 0.2 ips rms a 120,000 cpm (120 kcpm o

2,000 Hz) a aceleración en g´s 0-P y m/s2 0-P.

Solución:

f = 120,000 cpm /60 = 2,000 Hz

V = 0.2 ips rms x (1.414) = 0.282 ips 0-P

A = 2π x (2,000 Hz) x (0.282 ips 0-P )/ 386.1 in/s2/g

A = 9.2 g´s 0-P = 9.2 x 9.81 m/s 2 0-P = 90.3 m/s 2 0-P


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1.11

La medición de vibracionesLa vibración mecánica se mide con un transductor (también llamado pick up, captador o sensor) que

convierte el movimiento vibratorio en una señal eléctrica. Las unidades de la señal eléctrica son Volts (V)

o más comúnmente milivolts (mV). Hay mil mV por cada V. Para obtener V de mV, mueva el punto

decimal 3 veces a la izquierda o divida entre1000. La señal medida en V se manda a un metro,

osciloscopio o analizador. La amplitud se calcula

al dividir la magnitud del voltaje por el factor de

escala, el cual puede estar expresado en mV/mil,

mV/ips, mV/g, mV/grado, o cualquier otra

relación de mV a unidades de ingeniería. La

figura 1.8 es una representación esquemática de

los tipos de los tipos comunes de transductoresdisponibles para medir la vibración en un

sistema rotor – cojinetes.

Sensores de proximidad (proximity probes) o transductores de desplazamiento del tipo no contacto o de

corrientes de eddy (corrientes de remolino)Estos sensores se sujetan a las cubiertas de los cojinetes y miden la vibración relativa del eje con

respecto al sensor. Normalmente dos sensores se montan con una diferencia angular de 90° entre ellos

(Figura 1.9) El sensor “horizontal” siempre será el que se encuentre a la derecha del sensor “vertical”cuando la máquina se observe desde el lado del acoplamiento al motor. Notemos que la vibración

horizontal está adelantada a la vertical por 90° cuando la rotación del eje es en sentido anti-horario.

Accesorios de contacto directo al eje (shaft rider)En ocasiones se requiere medir la vibración absoluta del eje y para esto puede emplearse un vástago

con una zapata con material antifricción que se coloca sobre el eje. (Figura 1.8)

Los transductores de velocidadMiden la vibración absoluta de la cubierta de los cojinetes. La velocidad puede ser convertida a

desplazamiento al ser integrada electrónicamente o matemáticamente por medio de un analizador de

espectros.

Acelerómetros Estos sensores miden la vibración absoluta en m/s2 o en g´s. La señal puede integrarse a velocidad o

desplazamiento ( dos integraciones), sin embargo, el ruido presente en la señal constituye un problema al

tratar de integrar señales de baja frecuencia. La vibración de un eje no puede obtenerse directamente a

Figura 1.8. Medición de vibraciones básica:osición de los transductores.


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1.12

partir de una medida absoluta de un sensor colocado en la tapa del cojinete debido al sistema dinámico

que forman el eje y el propio cojinete. Un sensor de proximidad o “shaft rider” se requieren para medir la

vibración del eje3.

Un ejemplo de un registro vibratorio capturado sobre una bomba de agua vertical se muestra en la

Figura 1.10. La forma de onda en mV está tomada directamente del transductor: un transductor develocidad con una sensibilidad o factor de escala de 1,000 mV/ips. El valor pico medido fue de 934 mV,

por lo tanto, la velocidad pico es igual a:

Velocidad 0-P = 934 mV / 1000 mV/ips = 0.934 ips 0-P

Pueden emplearse dos transductores para determinar el ángulo de fase entre dos localidades de una

máquina, sin embargo, la ubicación de cada transductor debe considerarse al momento de evaluar los

datos. Los transductores axiales mostrados en la Figura 1.8 están montados con una diferencia angular de180° por lo tanto, se deben agregar 180° a la lectura de uno de ellos.

3 Si se emplea un sensor de proximidad relativo, debe medirse el desplazamiento del punto de sujeción. Una restaelectrónica de las dos señales dá como resultado el desplazamiento absoluto del eje. Empleando un “shaft rider” o“cola de pescado” sobre el eje, con un transductor de velocidad o aceleración, puede conocerse el desplazamientoabsoluto del eje una vez que se ha integrado una o dos veces la señal.

Figura 1.9a. Convención de posiciones para medición con Captadores de No Contacto.


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1.13

Figura 1.12.Medición del ángulo de fase utilizando una luz

estroboscó ica.

Figura 1.11. Angulo de fase con

respecto a una señal de referencia

Figura 1.10. Forma de onda de una

bomba con rotor desbalanceado.


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1.14

Medición del ángulo de fase

El ángulo de fase entre dos señales indica su relación en el tiempo. Ambas pueden representar

vibración o fuerza y su relación puede indicar una condición tal como desalineamiento, la frecuencia de

una velocidad crítica, o la localización del punto pesado en un rotor durante el proceso de balanceo.El ángulo de fase puede medirse de la forma de onda (amplitud vs. tiempo) empleando un

osciloscopio analógico o digital (Figura 1.4), por medio de un analizador de dos canales, medidor de fase

o empleando una lámpara estroboscópica. Es esencial medir con precisión la diferencia en tiempo entre

las señales para medir el ángulo de fase. En ocasiones se mide a partir de una señal de referencia generada

una vez por revolución por un sensor estacionario, por ejemplo, un sensor óptico que observe una cinta

reflejante o un sensor de proximidad que detecte el paso del cuñero (Figura 1.11) La señal de referencia

se corresponde a una posición angular única en el eje. El ángulo de fase de la señal de vibración puede

medirse con respecto a esa posición angular sobre el eje. El ángulo de fase que se relaciona con el tiemporequerido para efectuar una revolución del eje se obtiene al multiplicar 360° por la diferencia en tiempo

de los dos eventos (señal de referencia y pico de la vibración) y al dividir entre el período de la vibración.

Este ángulo de fase se mide en forma automática por los analizadores empleados para el balanceo.

El ángulo de fase también puede medirse con una lámpara estroboscópica (Figura 1.12) el disparo de

la lámpara se efectúa al cruce por 0 de la señal de vibración, es decir, cuando el voltaje cambia de

negativo a positivo. Al realizarse el disparo luminoso se visualiza una marca arbitraria colocada en el eje

y puede medirse su posición con respecto a una escala graduada colocada en el cojinete o una parte

estacionaria del equipo.El ángulo de fase en diferentes posiciones puede medirse al reubicar el sensor de vibración sobre la

máquina.

Análisis de Vibraciones

Un movimiento periódico puede descomponerse en una serie de movimientos armónicos. La

vibración periódica mostrada en Figura 1.13 puede representarse como la suma de dos vibraciones

armónicas (trazos 1 y 2) 1X y 2X.


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1.15

Figura 1.13. Armónicas componentes de un

movimiento periódico complejo.

Notemos que la vibración

a 2X tiene una frecuencia igual

a dos veces la vibración a 1X.

La vibración a 2X se denomina

“segundo armónico de lavibración a 1X” debido a que su

frecuencia es exactamente dos

veces la de la vibración a 1X.

Cuando la frecuencia a 1X

corresponde con la velocidad de

giro de la máquina, la vibración

a 2X se llama “vibración de 2º

orden”El movimiento periódico

tiene una forma específica cuando las dos componentes están en fase como se muestra la Figura 1.13.

Si la fase de las dos componentes se cambia, la magnitud del pico de la vibración, esto es, la

amplitud, cambiará. En general, la suma de las amplitudes individuales no es igual al valor pico de la

forma de onda periódica total. La suma de los picos de las amplitudes 1 y 2, serán iguales al pico

total de la vibración sólo cuando la componente fundamental (1X) esté adelantada a la componente

de 2º orden (2X) por 45° o 225°. Cualquier otra relación angular resultará en un pico total menor que

la suma individual de sus componentes.La amplitud y la frecuencia de las componentes que constituyen una forma de onda se muestran

directamente en el espectro de frecuencias (ver Figura 1.14, trazo superior) En este gráfica se despliega

amplitud vs. frecuencia. La descomposición de una forma de onda periódica compleja en sus

componentes de frecuencia se muestra en la figura 1.15. El espectro muestra la descomposición de la

forma de onda en las componentes armónicas que la constituyen. Las amplitudes de las armónicas

mostradas en el espectro se obtuvieron por medio de un “analizador de espectros”. La forma de onda no

puede reconstruirse a partir de este espectro de frecuencia a menos que el ángulo de fase de cada

componente armónica se conozca.Un analizador FFT utiliza un bloque de datos capturados durante un tiempo determinado y

relacionado a un rango de frecuencia seleccionado antes del procesamiento de los datos. Una

computadora digital que contenga un algoritmo (un procedimiento matemático definido) lleva a cabo

la transformada rápida de Fourier (FFT) El analizador FFT despliega las componentes de la vibración


23/163

1.16

en celdas (bins) o líneas (típicamente 400 y múltiplos de este valor), igualmente espaciadas en un

rango de frecuencias. Las celdas pueden ser consideradas como una serie de filtros.


24/163

1.17

Excitación

El propósito del análisis de vibraciones es

identificar defectos y evaluar la condición de

operación de las máquinas. Las frecuencias se

usan para relacionar las fallas de las máquinas conlas fuerzas que causan la vibración. Es por lo tanto

importante identificar las frecuencias de las

componentes de la máquina y sus sistemas

antes de realizar el análisis de vibraciones. Las

fuerzas generalmente son el resultado de

defectos o desgaste de las componentes de la

máquina o son debidas al diseño del equipo o a

problemas de instalación tales como eldesalineamiento, pata coja o floja, solturas o

flojedad, etcétera. La tabla 1.4 muestra una lista de algunas frecuencias de excitación comúnmente

asociadas con máquinas; Es importante identificar la velocidad de operación del equipo antes de

proceder con el análisis de las vibraciones, debido a que las fuentes de vibración se relacionan con

su velocidad de operación.

Figura 1.14. El espectro de frecuencias y su relación con la forma dela onda compleja.

Figura 1.15. Anális is de la forma de onda.


25/163

1.18

Frecuencias Naturales, Formas Modales y

Velocidades Críticas

Las frecuencias naturales se determinan por el

diseño de una máquina o de un componente. Son propiedades del sistema y dependen de la

distribución de la masa y de la rigidez (ver figura

1.2). Cada sistema tiene un número de frecuencias

naturales, las que no son, sin embargo, múltiplos de

la primer frecuencia natural (excepto casos raros de

componentes simples) Las Frecuencias Naturales no

son importantes en el diagnóstico de falla de una

máquina a menos que una frecuencia excitadora seubique cerca de una frecuencia natural o que ocurran impactos en la máquina. Si una frecuencia

excitadora es cercana a una frecuencia natural, se presenta una resonancia y los niveles de vibración son

elevados debido a que la máquina absorbe energía con facilidad a sus frecuencias naturales. Si la

frecuencia de excitación es un orden de la velocidad de operación de la máquina, se conoce como

velocidad crítica. Solamente las frecuencias naturales que están dentro del rango de frecuencias

excitación son de interés para el análisis de las vibraciones de las máquinas.

Figura 1.16.Forma modal de un rotor flexible.


26/163

1.19

Tabla 1. 4 Algunas frecuencias de excitación asociadas a máquinas

Fuente Frecuencias (múltiplos de la velocidad de giro)

Inducidas por fallas

Desbalance de masa 1X

Desalineamiento 1X, 2X

Eje flexionado 1X

Soltura o flojedad mecánica Armónicas impares de 1X

Distorsión de carcasa, cimentación o base

1X

Rodamientos antifricciónFrecuencias características, no son armónicas de lavelocidad de giro

Impactos y mecanismos de impactoMúltiples frecuencias, dependen de la forma deonda

Inducidas por diseño

Juntas universales 2X

Ejes asimétricos 2X

Engrane (n dientes) nX

Coples (m mordazas) mX

Remolino de aceite 0.43X a 0.47X

Álabes y aspas (m) mX

Máquinas reciprocantes1/2 y múltiples armónicas de la velocidad de giro,depende del diseño

Las formas modales de un sistema se asocian con sus frecuencias naturales. La forma que asume un

sistema al vibrar a una frecuencia natural se llama “forma modal”. Una forma modal no proporciona

información sobre el movimiento absoluto del sistema, sino que consiste en deflexiones en puntos

seleccionados. Las deflexiones se determinan con relación a un punto fijo en el sistema, normalmente

ubicado en uno de los extremos del eje. El movimiento absoluto puede determinarse únicamente cuando

las fuerzas de vibración y amortiguamiento se conocen. Un ejemplo de forma modal de un rotor flexible

se muestra en la figura 1.16. Los modos de rotores rígidos se determinan por la flexibilidad de los

cojinetes. Los rotores flexibles pueden vibrar en modos con movimiento lateral, torsional y axial. La

forma modal en donde el movimiento es nulo se conoce como un “nodo”. Obviamente los transductores

no deben montarse cerca o en un nodo.


27/163

1.20

RESUMEN DE LA TEORÍA BÁSICA DE VIBRACIONES

Las tres características importantes de la vibración son: frecuencia, amplitud y fase.

La frecuencia es el número de ciclos por unidad de tiempo.

El período es el tiempo requerido por un ciclo de vibración y es el recíproco de la frecuencia.La amplitud es el máximo valor de vibración en una localidad dada de una máquina. Para el

desplazamiento se expresa en μm o mils; para velocidad en mm/s o ips (inches per second); para la

aceleración en m/s2 o g´s.

La amplitud de vibración se expresa en unidades de cero a pico (0-P), pico a pico (P-P), o rms (root

mean square, valor cuadrático medio)

El valor cero a pico y rms se emplean con velocidad y aceleración. El valor de desplazamiento se

expresa en amplitud pico a pico.

Las medidas de vibración -desplazamiento (esfuerzo), velocidad (fatiga), aceleración (fuerza)- pueden convertirse una a otra si la vibración es de una sola frecuencia (armónicos)

El ángulo de fase es la relación en tiempo entre vibraciones y/o fuerzas de la misma frecuencia.

Una fuerza o frecuencia de excitación causa vibración. La vibración siempre está retrasada con

respecto a la fuerza que la genera.

Las fuerzas vibratorias se generan por variables de procesos, diseño inadecuado, mala instalación y

defectos en la fabricación o desgaste.

Las vibraciones se analizan por medio de formas de onda y en el espectro de frecuencias.

Las frecuencias naturales son una propiedad del sistema mecánico y dependen de la masa y de larigidez.

La resonancia ocurre cuando la frecuencia de una fuerza de excitación es igual o cercana a una

frecuencia natural.

Una velocidad crítica es una resonancia especial en una máquina rotatoria.

La vibración se amplifica en la resonancia.


28/163

2.1

CAPITULO II

ADQUISICIÓN DE DATOS

Las decisiones serán tan acertadas como los hechos en que se han basado.

Los registros de vibración

se obtienen de una máquina

por medio de un transductor

que convierte la vibración

mecánica a una señal

eléctrica de voltaje (Figura

2.1) La calidad de la señal

obtenida de la máquina,

depende del transductor

seleccionado así como de laforma en que se monta y de

su ubicación.

La correcta adquisición de

datos de vibración es la clave

para realizar un monitoreo de

máquinas efectivo, llevar a

cabo un diagnóstico de falla,

evaluar la condición y

realizar pruebas de aceptación. La adquisición de datos de buena calidad requiere de una

planeación que involucra: la máquina, la naturaleza de los datos de vibración esperados, la

instrumentación disponible y el propósito de la prueba.

Antes de realizar la adquisición de datos, el analista debe formular un plan técnica y

económicamente viable basado en el propósito de los datos a adquirir (esto es, monitoreo,

diagnóstico, evaluación de condición o pruebas de aceptación) Los tópicos considerados en este

capítulo incluyen la selección de la medida de vibración (desplazamiento, velocidad o aceleración),

el transductor, su montaje y su ubicación. Debido a que los datos se digitalizan en forma previa a

su almacenamiento, los tiempos de adquisición y tamaño de muestra también deben considerarse de

tal forma que los despliegues adecuados de la información sean adecuados para el análisis y la

evaluación. La clave para un trabajo de calidad en el campo de vibraciones es una adecuada

adquisición de datos.

Figura 2. 1. Adquisición de datos de una máquina.


29/163

2.2

Selección del parámetro a medirUna medida es una unidad o estándar de medida que provee un medio para evaluar los datos. Tres

parámetros de vibración están disponibles: desplazamiento, velocidad y aceleración. Idealmente, el

transductor proporcionaría el parámetro medido en forma directa, sin embargo, las limitaciones del

transductor no siempre permiten la medición directa de la vibración en el parámetro adecuado.

El parámetro a medir se selecciona en función del contenido de frecuencia de la vibración presente, del

diseño de la máquina, del tipo de análisis que se efectuará (fallas, condición, información de diseño) y

la información buscada.

El desplazamiento absoluto, que se emplea para medir vibración estructural de baja frecuencia (de 0 a

20 Hz), está relacionado con el esfuerzo (eje o estructura) y típicamente se mide con un acelerómetro

con doble integración. El desplazamiento absoluto , de un eje debe ser medido por medio de un

transductor de contacto o un transductor de no contacto en combinación con un transductor sísmico,

sin embargo, la frecuencia debe ser considerada cuando la severidad del desplazamiento o de

aceleración se evalúen.

El desplazamiento relativo de un eje de mide con un sensor de proximidad y muestra la vibración del

eje con respecto al cojinete. Se emplea en un rango de frecuencia amplio.

Para monitoreo general de maquinaria y análisis con un rango de 10 a 1,000 Hz, la velocidad, es el

parámetro predeterminado. La velocidad, como razón de cambio del desplazamiento con respecto al

tiempo, depende de la frecuencia y del desplazamiento y se relaciona con la fatiga. Se ha demostrado

que es una buena medida en el rango de 10 a 1,000 Hz porque un valor único expresado en rms o ceroa pico puede usarse para evaluaciones gruesas de la condición sin necesidad de considerar a la

frecuencia. La mayoría de los colectores de datos modernos emplean acelerómetros, por lo que la

señal se integra para obtener velocidad.

La aceleración es el parámetro empleado para frecuencias superiores a 1,000 Hz. Se relaciona con la

fuerza y es usado para medir altas frecuencias tales como frecuencias de engranaje y defectos en

rodamiento antifricción.

La aceleración y la velocidad son medidas absolutas que se toman sobre la caja del cojinete o tan cerca

a éste como sea posible. El desplazamiento relativo entre la carcasa y el rotor, típicamente se mide pormedio de un sensor de proximidad instalado en forma permanente. Algunas aplicaciones generales de

los parámetros a medir y el rango de frecuencias aplicables se muestran en la Tabla 2.1. Los rangos de

frecuencia predeterminados para colectores de datos se muestran en la Tabla 2.2. Varios parámetros a

medir que dependen de la máquina, se listan en la Tabla 2.3.


30/163

2.3

En resumen, la selección de un parámetro (desplazamiento, velocidad o aceleración) para evaluar fallas

o condición de máquinas, se basa en los rangos de frecuencia útiles del parámetro medido (Tabla 2.1),

del rango de frecuencias predeterminado (Tabla 2.1 ) y de la aplicación (Tabla 2.3)

Ejemplo 2.1: Seleccione un parámetro o parámetros de medida para una caja de engranes de reducción

sencilla de 9 MW descrito en la Tabla 2.3.

La caja de engranes está equipada con cojinetes hidrodinámicos y es suficientemente grande (mayor de 500

HP) para justificar la instalación permanente de sensores de desplazamiento de no contacto para evaluar la

posición del eje dentro del cojinete y la relación amplitud de vibración a claro del cojinete. El analista

podrá entonces evaluar la severidad de la vibración del eje. Debido a que la frecuencia de engranaje (3,000

Hz) es mayor a 1,000 Hz (ver Tabla 2.1), la aceleración de la carcasa debe ser monitoreada y analizada. Un

rango de frecuencia hasta 10,000 Hz (ver Tabla 2.2) se debe monitorear en términos de aceleración, y las

componentes de 75,000 cpm (entrada, eje de alta) y 12,000 cpm (salida, eje de baja), en términos de

desplazamiento a partir de los sensores de proximidad.

Ejemplo 2.2: Seleccionar el parámetro o parámetros a medir para un rodillo secador. La velocidad

de giro es de 300 rpm. El rodillo de varias toneladas está montado en rodamientos antifricción con

26 elementos rodantes.

Debido a que el rodillo opera a baja velocidad, el desbalance de masa no es de consideración ya que

la fuerza es baja. La frecuencia característica mayor del rodamiento es la que corresponde a la

frecuencia de defecto de falla de la pista interna (BPFI) y puede aproximarse de acuerdo a la

siguiente ecuación:

BPFI = 0.6 x velocidad de giro x (No. de rodillos) = 0.6 x 300 x 26 = 4,680 cpm (78 Hz)

De la tabla 2.2 se observa que el rango de frecuencia debe ser igual a: 10 x BPFI = 10 x 4680 =

780 Hz. Por lo tanto, y de acuerdo a la Tabla 2.1, este valor puede ser cubierto en términos de

velocidad.


31/163

2.4

Tabla 2. 1.Parámetros empleados para medición de parámetros en máquinas

ParámetroRango útil defrecuencias

Parámetrofísico

Aplicaciones

Desplazamiento

relativo0 – 1,000 Hz

Esfuerzo y

movimiento

Movimiento relativo del eje en cojinetes o

carcasas

Desplazamiento

absoluto0 – 20 Hz

Esfuerzo y

movimientoMovimiento estructural

Velocidad 10 – 1,000 HzEnergía y

fatiga

Condición general de la máquina y

vibraciones de frecuencias medias

Aceleración > 1,000 Hz FuerzaCondición general de la máquina y

vibraciones de frecuencias medias y altas

Ejemplo 2.3: Seleccione parámetro(s) a medir para un motor de inducción de 200 HP, 4 polos, con 8

elementos rodantes en sus rodamientos antifricción.

La vibración a la velocidad de operación tiene una frecuencia cercana a 1,800 cpm (30Hz) y un rango defrecuencia de 300 Hz, el cual se ubica dentro del rango de velocidad. El rango de frecuencia del rodamiento

es: 10 X BPFI = 10 X 0.6 X 8 X 1,800 cpm= 86,400 cpm (1,440 Hz)

Debido a que la mayor parte de la actividad se encuentra en el rango cubierto por velocidad, puede

emplearse un transductor de velocidad (o un acelerómetro con integración sencilla) a pesar de que

exista alguna actividad arriba de 1,000 Hz. Los rangos de frecuencia útiles para las medidas empleadas

se traslapan, por lo tanto, la medida debe seleccionarse de acuerdo a la porción de frecuencia

predominante del componente. Por ejemplo, si el rango de frecuencia predeterminado para el

rodamiento hubiese sido 2,880 Hz (16 elementos rodantes), el parámetro de aceleración, se hubiese

seleccionado para los rodamientos, sin embargo, el rango de frecuencia de 300 Hz para el rotor, aún se

ubica dentro del rango de velocidad; por lo tanto, dos medidas, velocidad y aceleración, se requerirían.

Tabla 2. 2 Rangos de frecuencia predeterminados para colectores de datos Componente Rango de frecuencia

Vibraciones del eje 10 X velocidad de giro

Cajas de engranes 3 X frecuencia de engranaje

Rodamientos de elementos rodantes

(rodamientos antifricción)10 X BPFI

Bombas 3 X Paso de álabes

Motores y Generadores 3 X 2 FL (frecuencia de línea)

Ventiladores 3 X Paso de aspas

Cojinetes cilíndricos o comunes 10 X velocidad de giro


32/163

2.5

Transductores de Vibración

La información sobre la vibración se adquiere por transductores colocados en posiciones óptimas

sobre un sistema mecánico. Los transductores convierten las vibraciones mecánicas a señales

eléctricas que se acondicionan y

procesan con una amplia variedad de

instrumentos.

Estos instrumentos proveen la

información necesaria para realizar un

monitoreo de condición, verificar el

desempeño, diagnosticar fallas e

identificar parámetros. La magnitud, la

frecuencia y el ángulo de fase entre dos

señales se emplean para efectuar una

evaluación.

La selección del transductor está basada

en la sensibilidad, el tamaño, la medida

seleccionada, la respuesta a la frecuencia

y el diseño y velocidad de la máquina.

La respuesta de cualquier instrumento,

incluyendo los transductores, determina

la calidad de respuesta del instrumento a un estímulo (voltaje o vibración) a una frecuencia dada. Los

analistas desean una frecuencia plana en el rango de frecuencias observado. ¿Provee el transductor una

señal eléctrica que es proporcional a la vibración que está midiendo? Desafortunadamente, la respuesta

es no en algunos casos. En la Figura 2.2. por ejemplo, se observa que la curva de respuesta para un

sensor de velocidad no es plana. A bajas frecuencias presenta atenuación, esto es, su respuesta es menor

a una señal de la misma fuerza que la que tiene a frecuencias mayores a 20 Hz. Esto significa que si el

mismo factor de escala de 484 mV/ips se emplea en todo el rango de frecuencia, las amplitudes a bajas

frecuencias serán menores que las reales. Las curvas de respuesta a la frecuencia (amplitud vs.

frecuencia) tales como las mostradas en la Figura 2.2, típicamente se proveen por el fabricante del

transductor.

La sensibilidad del transductor es la relación del voltaje de salida a una vibración de entrada dada; por

ejemplo, 200 mV/mil, 500 mV/ips, 100 mV/g. Cuanto mayor es el voltaje de salida por unidad de

ingeniería de entrada, mayor será la sensibilidad del transductor.

Figura 2. 2 Frecuencia de respuesta de algunostransductores de velocidad.


33/163

2.6

Sensores de proximidad. El sensor de proximidad (sensor de desplazamiento de no contacto, de

corrientes de remolino “eddy”) mostrado en la Figura 2.3, mide el desplazamiento estático y

dinámico de un eje con respecto a la caja del cojinete. En varias máquinas se monta en forma

permanente para monitoreo continuo (protección) y análisis. La aplicación de los sensores de

desplazamiento relativo para medir las vibraciones en las direcciones radial y axial se cubren en

detalle en la norma API 670 rotores livianos instalados en carcasas robustas tales como turbinas,

compresores, etcétera. Debido al peso y la rigidez de la carcasa, la alta vibración del rotor liviano no

afectará mucho al incremento de la vibración de la carcasa; en estos casos es necesario medir la

vibración real del eje con los captadores de proximidad. Las aplicaciones de estos captadores en la

medición de las vibraciones en las posiciones axial y radial son tratadas en detalle en el API 670 [1].

Tabla 2. 3 Selección de Medidas para varios tipos de Equipos1

MáquinaPotencia

(HP/Mw)

Giro (RPM)

Frecuencias (Hz)

Tipo de

CojineteMedida

Transductor

esCaja de

engranajes de

simple

reducción

9 Mw

7,500 RPM input

1,200 RPM output

GM = 3,000 Hz

película de

aceite

desplazamiento del eje2

aceleración de la

carcasa3

captador de

proximidad

acelerómetro

Caja de

engranajes de

doble reducción

400 HP

1,800 RPM input

200RPM out put

GM=375.725 Hz

rodamientos

de 15

rodillos

aceleración y velocidadacelerómetro

o velocidad

Turbina a vapor18,000

HP5,000 RPM

película de

aceitedesplazamiento del eje

captador de

proximidad

Turbina a vapor 500 Mw 3,600 RPM

película de

aceite desplazamiento del eje

captador de

proximidad

Turbina a gas 50 Mw 9,000 RPM película de

aceite

desplazamiento del eje

aceleración de la

carcasa

captador de

proximidad

acelerómetro

Motores de

Inducción

grandes

4,000 HP 3,600 RPM película de


captador de

proximidad

Motores de

Inducción200 HP 1,800 RPM

rodamiento

de 08

rodillos

velocidad de la carcasaacelerómetro

o velocidad

Motores Diesel 400 HP 1,800 RPM

película de

aceite velocidad de la carcasa

acelerómetro

o velocidad

Bombas

centrífugas de

alta eficiencia

18,000

HP5,000 RPM

película de

aceite

desplazamiento del eje

y velocidad de la

carcasa

captador de

proximidad

acelerómetro

o velocidad


34/163

2.7

Continuación Tabla 2.3. Selección de Medidas para varios tipos de Equipos1

MáquinaPotencia(HP/Mw)

Giro (RPM)Frecuencias (Hz)

Tipo deCojinete

MedidaTransductor

es

Bombas

centrífugas

200 HP 1,800 RPM

rodamiento

de 12

rodillos

velocidad de la carcasa acelerómetro

Bombas

reciprocantes200 HP 300 RPM

rodamiento

de 15

rodillos


o velocidad

Compresores

Centrífugos1,000 HP 5,000 RPM

película de


captador de

proximidad

Compresores

Reciprocantes500 HP 480 RPM

película de

aceitevelocidad de la carcasa

acelerómetro

o velocidad

Dryer Roll 300 RPM

rodamiento

de 26rodillos


o velocidad

1 Solamente medidas convencionales, HFD, detección de envolventes y otras técnicas especiales no

incluidas.2 Eje = Vibración relativa del eje.3 Carcasa = Caja de cojinetes

La sonda o probeta está constituida por una

bobina plana protegida por un plástico no

conductivo o un material cerámico, la cual se

ubica en el extremo de un cuerpo metálico

roscado. Un oscilador demodulador, también

conocido como “driver” o “proximitor”, se

requiere para excitar la sonda para una

frecuencia de 1.5 a 2 MHz. El campo

magnético resultante, se radía de la punta de la

sonda. Cuando se aproxima un eje a la sonda,

se inducen corrientes de remolino sobre el eje

que extraen energía del campo y su magnitud

decrece. Esta disminución en la amplitud,

genera una señal de CA, directamente

proporcional a la vibración. El voltaje constante

del oscilador demodulador, varía en proporción a

la distancia que existe entre la punta de la sonda

y el material conductor. La sensibilidad de la

sonda es generalmente de 200 mV/mil (8 mV/μm) dentro de un rango de 0 a 80 mils ( 0 a 2 mm) El

oscilador demodulador requiere una alimentación de voltaje negativo de –24V CD; la sonda debe estar

blindada y aterrizada.

Figura 2. 3a. Captador de Proximidad.Cortesía de Bently Nevada Corporation


35/163

2.8

La sensibilidad de los captadores es generalmente 200 mv/mil (8 mv/μm) por separación o “gap”

de 0 a 80 mils. El oscilador demodulador requiere el suministro del voltaje negativo de 24 V DC,

el sensor debe ser blindado y con puesta a tierra.

Figura 2.3b. Captador de Proximidad montado en elalojamiento de coj inetes.

Figura 2.3c. Esquema de funcionamiento delCaptador de Proximidad.


36/163

2.9

Figura 2.4b. Curva de Factores de Corrección parael Transductor sísmico de velocidad IRD 544.

Transductores de Velocidad. Estos sensores (ver figura 2.4a) son auto excitados o sea que no

requieren suministro de energía para

trabajar, se llaman también sensores

sísmicos porque interiormente tiene

una bobina suspendida con dos resortes

dentro de un campo magnético fijo.

Al existir movimiento relativo entre el

imán permanente y la bobina se genera

una señal eléctrica que responde

directamente a la velocidad de la

vibración. Son utilizados para medir

las vibraciones en los alojamientos de

los cojinetes en el rango de frecuencias de 10 hasta 2,000 Hz.

Un transductor de velocidad típico genera 500 mV/pulg/seg, excepto para frecuencias

inferiores a 10 Hz (ver figura 2.2).

La sensibilidad baja para

frecuencias inferiores de 10 Hz,

porque la bobina ya no se queda

fija en el espacio sino que tiende a

seguir el movimiento del imán

permanente entonces las lecturas

deben ser corregidas por un factor

(>1) que depende de la frecuencia

(ver figuras 2.2 y 2.4b).

Figura 2.4a.Transductor Sísmico de Velocidad.


37/163

2.10

Acelerómetros. Son sensores utilizados para medir los niveles de vibración en carcasas y

alojamientos de cojinetes, son sensores que típicamente se suministran con los colectores de

datos. El acelerómetro consiste en una pequeña masa montada sobre cristales piezoeléctricos que

producen pequeñas señales eléctricas proporcionales a la aceleración cuando hay una fuerza

aplicada (ver figuras 2.5a y 2.5b). Para poder medir la pequeña señal eléctrica generada por los

cristales piezoeléctricos los acelerómetros tienen incorporados amplificadores electrónicos de

alta ganancia, por ejemplo el acelerómetro IRD 970 tiene una sensibilidad de 50 mV/g.

El tamaño de un acelerómetro es

proporcional a su sensibilidad: Un

acelerómetro, tan pequeño como un borrador de

lápiz tiene una sensibilidad de 5 mV/g y una

respuesta plana hasta 25 kHz. Un acelerómetro

de 1,000 mV/g que es utilizado para

mediciones a bajas frecuencias, puede ser tan

grande como un transductor de velocidad y

tener una respuesta plana hasta 1,000 Hz. El

analista debe tener cuidado de las características

de cada acelerómetro antes de utilizarlos.

Si se desea medir velocidad de vibración, la señal es usualmente integrada antes de ser

registrada o analizada, en la figura 2.7 se muestra un integrador análogo y suministrador de

potencia, este accesorio tiene su propia

frecuencia de respuesta característica y una

determinada disminución a bajas frecuencias.

Como la aceleración es una función del

desplazamiento y la frecuencia al cuadrado

(Aceleración = 2πfV = (2πf)2D), los

acelerómetros son sensibles a las amplitudes

de la vibración a altas frecuencias debido a

esta característica es particularmente útil

para monitoreo fijo debido a su larga vida y

su baja sensibilidad cruzada (la sensibilidad

cruzada significa que el transductor genera

Figura 2.5a. Acelerómetro y Suministrador dePotencia.

Cortesía de PCB Piezotronics Inc

Figura 2.5b. Esquema del Acelerómetro conamplificador incorporado.


38/163

una señ

la long

Acceso

Cuando

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adquirid

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stales

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a.

orncia.c.


39/163

2.12

Sensores Ópticos. Los sensores ópticos (ver figura 2.8) son a menudo utilizados para obtener una señal de

referencia por revolución del eje, el cual es requerido para medir

el ángulo de fase entre la marca de referencia que gira a las RPM

del eje y una señal filtrada de vibración a la frecuencia de giro

del eje. El rayo de luz que sale del sensor óptico se refleja en la

cinta reflectante pegada al eje una vez por cada revolución, el

sensor envía un pulso de voltaje al analizador (ver figura 1.11) y

este compara la señal de la cinta reflectante con otros eventos;

por ejemplo, otras cintas reflectantes en el eje, picos de vibración

filtrada a la misma frecuencia o su propia señal para determinar

las RPM del eje.

Los sensores ópticos también pueden ser utilizados para determinar la diferencia de tiempos entre

dos cintas reflectantes separadas y ubicadas en la misma posición angular de un eje, esta medida es la

vibración torsional del eje. El sistema óptico incluye el sensor, cinta reflectante en el eje y el

amplificador con el suministrador de potencia.

Sensores Magnéticos. Son sensores autoexcitados (ver figura 2.9), pueden ser utilizados como un accesorio de un

disparador porque emite un pulso de voltaje cuando el sensor se acerca a

una discontinuidad por ejemplo, la protuberancia de una chaveta en el eje;

el sensor generalmente se ubica a una distancia de 20 mils de la

discontinuidad más elevada del eje. Los sensores magnéticos son utilizados

para medir las vibraciones torsionales, porque producen una serie de pulsosde voltaje proporcionales a las RPM del eje. Si las vibraciones torsionales

están presentes, el tiempo entre pulsos varía produciéndose una frecuencia

modulada.

Una desventaja del sensor magnético es el acondicionamiento de la

señal que algunas veces es complicado porque la magnitud del voltaje

depende de la velocidad del eje; los sensores de proximidad

proporcionan la misma función de disparo sin ésta desventaja.

Figura 2.8. Sensor Ópt ico.Cortesía de Monarch Instrument

Figura 2.9. SensoresMagnéticos.


40/163

2.13

Luz Estroboscópica. La luz estroboscópica es utilizada para medir la velocidad de giro del eje o el ángulo de

fase en conjunción con un sensor de vibración (ver figura 1.12). Para medir las RPM del eje, la frecuencia de

encendido de la luz se varía lentamente hasta llegar a sincronizar con las RPM y el eje se observará como si

disminuyera su velocidad hasta quedar estacionario. Para medir el ángulo de fase, el encendido de la luz

estroboscópica ocurre cuando la señal vibratoria cambia de menos a más, esto significa que el punto más

elevado estará siempre adelantado 90° con respecto al encendido de la luz.

Selección de los transductores

Las consideraciones más importantes en la selección de los transductores son; frecuencias de respuesta,

proporción de señal y ruido, sensibilidad del

transductor y magnitud de la señal que va ha ser

medida. El rango de frecuencias del transductor

debe ser compatible con las frecuencias generadas

por los componentes mecánicos de la máquina, de

lo contrario se debe seleccionar otro transductor y la

señal convertida a sus propias unidades de

medición; por ejemplo, si la medición de velocidad

es decidida para frecuencias superiores a 2,000 Hz,

se debe seleccionar como transductor a un

acelerómetro y para obtener

velocidad se debe integrar la señal; si se desea la

forma de onda de la velocidad, entonces la señal

debe ser adquirida de un transductor de velocidad o

de una señal integrada a partir de un transductor de

aceleración.

Los colectores de datos son suministrados

usualmente con un acelerómetro debido a su rango de frecuencias de respuesta y por ser pequeños. El rango de

respuesta es determinante para que el usuario no trate de medir las vibraciones en un rango de frecuencias para el

cual el colector no responde apropiadamente; por ejemplo, un colector típico que responde hasta una frecuencia de

8kHz y una caja de engranajes tiene una frecuencia de engrane de 10 kHz entonces la señal estará fuera del rango

de medición del colector. La aceleración es medida por muchos colectores que proporcionan lecturas en

aceleración o velocidad, los parámetros seleccionados dependen del criterio escogido.

El cable que transmite la señal al colector de datos puede causar errores de lectura; Los cables estándar

especialmente fabricados son más convenientes que los cables coaxiales estándar por ser más flexibles y

resistentes a la rotura por concentración de esfuerzos localizados al curvarse en las tomas vibracionales o al ser

empacados para el transporte.

Figura 2.10. Rangos de frecuencia de acuerdo con elmétodo de montaje


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2.14

Adicionalmente, las terminales deben ser manipuladas cuidadosamente; muchos fabricantes de

acelerómetros suministran los conectores roscados Amphenol 97 seriesTM que pueden aflojarse en el

campo causando el giro y su posterior rotura. Se puede aminorar este tipo de fallas aplicando

LoctiteTM a todas las conexiones roscadas cuando son nuevas. Un cable de repuesto es siempre

necesario, estos cables son conectores de computadoras y deben ser manipulados con cuidado.

Montaje de Transductores

El método utilizado para montar el transductor de vibración, afecta la curva de respuesta del sensor,

porque la frecuencia natural del acelerómetro disminuye dependiendo del método de montaje empleado (ver

figura 2.10). El método de montaje seleccionado debería proporcionar una respuesta plana en el rango de

frecuencias que se desea analizar (ver tabla 2.4). Los datos por montaje de los transductores están disponibles

en [3], ver tabla 2.4 el montaje con espárrago sobre una superficie plana de buen acabado y limpia proporciona

la frecuencia más elevada de respuesta, la respuesta disminuye progresivamente para; cera de abejas,

pegamento epóxico y base magnética. La confiabilidad más baja de las lecturas se obtiene con la sonda manual

de 9 pulgadas, cada acelerómetro con el método de montaje elegido tiene una única frecuencia natural y un

rango de frecuencias de trabajo.

Tabla 2. 4 Rango de frecuencias aproximadas para un acelerómetro de 100 mv/g desensibilidad

Método de Montaje Límite de Frecuencias CPM

Sonda de 9 pulgadas 30,000

Magnético 120,000

Pegamento epóxico 150,000 a 240,000Cera de abejas 300,000

Espárrago 360,000 a 600,000


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2.15

Figura 2.12. Posiciones de medición en la zona de carga.

Localización de los Transductores

La clave para lograr precisión de las lecturas de vibración es localizar los transductores en puntos estratégicos

donde responda a la condición de la máquina o tan cerca de los cojinetes como sea posible, en la figura 2.11 se

observa los puntos óptimos de montaje de los

transductores para la adquisición de datos. Las

posiciones horizontal y vertical a la línea central del

cojinete son utilizadas para detectar las vibraciones

causadas por fuerzas radiales tal como el

desbalance. En la figura el peso del rotor causa una

zona de carga en la parte inferior, la posición axial

es utilizada para detectar las vibraciones causadas

por fuerzas axiales. Los sensores deben ser

instalados lo mas cerca de los cojinetes, si la

superficie exterior de los alojamientos de cojinetes

es de difícil acceso , se deberá identificar el lugar

más significativo para el

registro óptimo de

información, desde el eje

hasta el punto de registro,

evitando la transmisión a

través de planchas delgadas,

guardas y empaquetaduras.

Si los rodamientos son

radiales las lecturas de

vibración deben ser radiales

y si es de contacto angular

la lectura debe ser axial,

siempre se debe considerar

el lado de carga del

rodamiento. En la figura

2.12 se muestra las posiciones

del transductor recomendadas para una máquina típica. El detalle del diseño interno es necesario para

determinar el tipo de cojinete y el camino óptimo de transmisión de la señal vibratoria. Cuando los cojinetes

Figura 2.11. Puntos Óptimos de Medición


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2.16

son inaccesibles, los transductores pueden ser montados y luego cableados a una caja de conexiones que

permitan los registros de vibración fácilmente.

La tolerancia diametral interna existente en los cojinetes de baja velocidad y de altas cargas -

típicamente los rodamientos de rodillos esféricos – permite el contacto solamente en el lado de carga del

ensamble de la pista interior, rodillos y pista exterior.

En general las lecturas radiales son tomadas en los cojinetes radiales o rodamientos de contacto angular

igual a 0°, estos cojinetes son utilizados en motores eléctricos, ventiladores medianos y ligeros y en unidades

de transmisión de potencia no sujetas a cargas axiales.

El cojinete de contacto angular o cualquier cojinete que absorba el empuje axial tiene un acoplamiento

radial - axial que requiere de la medición axial para un monitoreo preciso. Los engranajes de contacto

angular y helicoidal absorben el empuje y las vibraciones deberían medirse en el sentido axial; Las lecturas

radiales son requeridas para verificar la condición de la máquina a la velocidad de operación (1X) tales como

desbalance, desalineamiento, soltura, resonancia y eje combado.

Rango de Frecuencias

Los espectros pueden ser colectados como parte de la función de pantalla de muchos colectores de datos, el

rango de frecuencia debe reflejar apropiadamente la muestra con la apropiada selección del transductor. Los

engranajes pueden generar frecuencias de engrane con armónicas significativas que pueden ser cortados por

el límite de 2 kHz del transductor de velocidad, entonces la medición debe ejecutarse con un acelerómetro.

El corte también puede ocurrir cuando el rango de frecuencias del espectro es menor que la frecuencia

máxima que esta siendo transmitida. La tabla 2.2 contiene rangos de frecuencias recomendados por

espectros tomados en máquinas rotativas para monitoreo y análisis, los rangos se basan en las RPM y otras

frecuencias de la máquina. El corte en el rango de frecuencias está indicado por los valores de la energía

espectral que son significativamente más bajos que el nivel total.

Sin embargo, si el rango espectral es ancho, la resolución puede ser reducida a tal punto que no se

pueda discriminar las frecuencias; Si no hay la adecuada resolución en los rangos de frecuencias

disponibles, se requerirán varios rangos de frecuencias con la adecuada resolución para cubrir el rango

total deseado para analizar. Una óptima configuración permite la suficiente resolución para analizar la

frecuencia a la velocidad de operación y sus bandas vecinas, también el rango de frecuencias elevadas

para rodamientos y engranajes. Es recomendable dividir los datos en dos o tres rangos para incrementar

las líneas de resolución y obtener una mejor resolución del espectro, de esta manera será necesario

tomar los datos con el colector dos o tres veces en el mismo punto para poder cubrir todo el rango de

frecuencias deseado.


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2.17

Presentación de los Datos en la Pantalla

Los datos de vibración de una máquina que trabaja a una velocidad constante son generalmente

repetitivos; Pequeñas variaciones ocurren como una influencia de la carga, temperatura y del proceso.

Las condiciones ambientales y de carga deberían ser tomadas en cuenta cuando se recolectan los datos;

Típicamente los datos son presentados en un espectro de frecuencias, una forma de onda y una órbita.

Ejemplo 2.4: Un esmeril gira 6,000 RPM y está soportado por rodamientos de rodillos (19

elementos). Los rangos de frecuencias recomendado según la tabla 2.2 para este tipo de

máquinas son: 60,000 CPM (1000 Hz) para la vibración del eje y 19x0.6x6,000x10 = 684,000

CPM (11,400 Hz) para los elementos de los rodamientos. Es probable que el rango de

frecuencias del colector sea de 720,000 CPM (12,000 Hz)

Esta situación requiere lo siguiente: Para fallas a la velocidad de operación; un espectro de velocidad

con un rango de frecuencias de 60,000 CPM (1,000 Hz). Si se utiliza un espectro de 400 líneas con una

ventana Hanning, se obtendrá una resolución de: (60,000 CPM / 400 líneas) x 3 = 7.5 Hz (ver Capitulo III). La resolución es adecuada para las fallas a la velocidad de operación.

Para las fallas de elementos de rodamientos de rodillos, la frecuencia de las bandas vecinas

más bajas es 0.4 RPM (ver Capítulo IV) = 2,400 CPM (40 Hz) Por lo tanto, se requiere una

resolución mínima de 40 Hz, entonces el número de líneas requeridas son:

N = (FMAX / RES) (3) = (12,000/40)(3) = 900 líneas

Por lo tanto, se requiere 1,600 líneas de resolución.

La Forma de Onda. La forma de onda es el gráfico de la amplitud de vibración versus tiempo, esto

refleja el comportamiento físico de la máquina en señal vibratoria, la forma de la onda es utilizada para

identificar eventos únicos de una

máquina y su repetición. El tiempo

de presentación de los datos en

forma de onda depende de la

información solicitada. Típicamente

es relativo al periodo de la velocidad

de operación τ (seg) = 60/RPM. La

mejor resolución del ángulo de fase para el balanceo básico se obtiene utilizando la presentación del periodo fundamental τ, en la figura

2.13 se muestra la forma de la onda de 12τ (400 mseg / 33.3 mseg). En la figura 1.14 se muestra una

forma de onda de 39τ (60/936 = 0.0641 seg = τ); el rango es de 2.5 seg; Por lo tanto, 2.5/0.0641 = 39, el

cual permite el análisis de eventos en largos periodos de tiempo.

Figura 2.13. Forma de Onda de un Compresor


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2.18

Espectro. La configuración del espectro de la figura 1.14 esta determinado por el rango de

frecuencias de los datos para que toda la información sea obtenida. La resolución, el rango dinámico

y la exacta amplitud son

determinados por la configuración del

analizador FFT (ver Capitulo III ). En

la figura se muestra el espectro con

un rango de frecuencias igual a

10xRPM para analizar las vibraciones

del eje. Estos datos fueron procesados

en un analizador de configuración fija

de 400 líneas, así que no se puede

variar la resolución excepto el tipo de

ventana. La ventana flat top fue

utilizada para lograr precisión en la

medición de la amplitud, pero la

resolución disminuye (183.2 CPM

para la ventana flat top vs 72 CPM

para la ventana Hanning) ver

Capitulo III. En tales situaciones, si

se requiere rangos de frecuencia con mayor resolución será necesario procesar dos o más espectros

con diferentes rangos de frecuencia. Con un colector de datos el analista tiene la opción de

incrementar las líneas de resolución en lugar de tomar más espectros.

Órbita. La órbita mostrada en la figura 2.14 es una presentación en la pantalla de dos dimensiones de

la vibración de un punto de la máquina, las órbitas son comúnmente colectadas por sensores de

proximidad, que muestran el movimiento físico del eje con respecto del cojinete. Las órbitas se

utilizan para mostrar el movimiento de los pedestales, tuberías o cualquier estructura cuando una

mejor visualización de la vibración de los objetos es deseada.

Figura 2.14. Presentación de la Orbita


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2.19

Resumen de la Adquisición de Datos

• El empleo de medidas de desplazamiento, velocidad o aceleración para evaluar la condición de

maquinaria depende de las características específicas de la máquina.

• Los transductores de vibración deben seleccionarse de acuerdo a la respuesta en frecuencia,

magnitud de la señal, tamaño, tipo de máquina y tipo de cojinete.• La magnitud de la señal depende de la medida seleccionada y de la frecuencia de interés.

• Las señales de aceleración a bajas frecuencias son pequeñas en magnitud, tal como es el

desplazamiento a altas frecuencias.

• La integración de la señal de aceleración puede causar elevadas amplitudes y ruidos a baja

frecuencia.

• La respuesta a la frecuencia es la capacidad de un transductor de reproducir la magnitud de

vibración dentro de un rango de frecuencias dado.

• Los transductores de vibración deben colocarse cerca del cojinete y sujetarse apropiadamente para

adquirir datos a la frecuencia de interés.

• Las vibraciones a la velocidad de operación (1X), tales como desbalance, desalineamiento, soltura,

etcétera son monitoreados en la dirección radial y analizados en las direcciones radiales y axial.

• Los rodamientos de contacto angular, así como engranajes no rectos se miden en la dirección axial.

• Hay que seleccionar los rangos de frecuencia y número de líneas adecuado para que toda la

actividad vibracional se capture con una resolución adecuada.

• La correcta configuración del colector de datos proporciona una presentación que mejora el

análisis.

Referencias

2.1. API 670, 1986, Vibration, Axial Positon, and bearing Temperature Monitoring System, 2nd ed.,American Petroleum lnstitute, Washington, D.C.

2.2. API 678, 1981, Accelerometer-Based Vibration Monitoring System, API, Washington, D.C.

2.3. Crawford, A.R. and Crawford, S., The Simplified Handbook of Vibration, Analysis, Volume 1,

Computational Systems, Inc. (1992).


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3.1

CAPITULO III

PROCESAMIENTO DE DATOS

Cuando el problema es difícil, la diferencia entre éxito y fracaso será la calidad de los datos

procesados.

Este capítulo trata sobre el ajuste y las limitaciones de la instrumentación que se usa para medir

vibraciones en forma rutinaria. Incluimos osciloscopios, analizadores FFT (analizadores de

transformada rápida de Fourier), y colectores electrónicos de datos. Los osciloscopios analógicos y

digitales, muestran la forma de onda en el tiempo y son utilizados para desplegar y analizar su forma

y frecuencias. Los osciloscopios pueden ser usados para evaluar fase y órbitas. Los analizadores FFT

y los colectores electrónicos de datos son usados en análisis espectral y para evaluar la forma de onda

en el tiempo.

Osciloscopios.

El osciloscopio (Figura 3.1) mide y despliega

voltajes que varían en el tiempo. Un transductor

convierte la vibración mecánica en una señal

eléctrica proporcional (ver figura 2.1) calibrada en

unidades de ingeniería (EU) tales como mV/mil,

mV/ips, mV/g. Los osciloscopios son utilizados para

desplegar la forma de onda en el tiempo, órbitas y

marcas que se relacionan a eventos tales como la

rotación de un eje (Figura 3.2)

Disparo (Triggering) El disparo o gatilleo es una función

importante tanto del osciloscopio como del analizador FFT.

Un disparador inicia la adquisición de datos en un tiempo o

amplitud específicos y controla la adquisición de datos por

una señal específica (vibración o disparo) El osciloscopio

puede ajustarse en modo de disparo automático para unmuestreo continuo de datos. El disparo puede hacerse sobre una señal seleccionada con base a la pendiente y/o

magnitud de voltaje. El osciloscopio puede ser ajustado para realizar un barrido simple que es disparado a un

voltaje específico. Para medición continua, se utiliza un sensor óptico o uno de proximidad como disparador

continuo a la frecuencia de giro del eje.

Figura 3.1. Osciloscopio Analógico.


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3.2

Entrada externa de intensidad. Una marca controlada de blanqueo o de intensidad acentuada puede

desplegarse en el trazo de la forma de onda en la pantalla del osciloscopio aplicando una señal de ±5V en el

conector del eje z. La entrada puede tener acoplamiento de CA (esto es, no pasa CD), si no es así, debe

usarse un capacitor con sensores de

proximidad que tienen más de 5V

CD. El blanqueo o borrado del

trazo a través del eje z, se usa para

medir la fase y para referir una

marca en el eje a la señal de

vibración durante el balanceo. El

blanqueado de la señal se obtiene de

un sensor de proximidad empleado

como un disparador o de un sensor

óptico.

Amplificador Vertical. Los

amplificadores verticales reciben la

variación del voltaje en el tiempo de

un transductor. Los controles están

calibrados en mV/división (div) La amplitud de la señal en número de divisiones se obtiene de la pantalla. El

voltaje es calculado multiplicando el número de divisiones por el ajuste de la ganancia del amplificador en

mV/div para obtener mV. La amplitud de vibración se calcula al dividir los mV por sensibilidad del

transductor en mV/EU. Las EU pueden ser mils, ips, g´s o grados. La pantalla tiene ocho divisiones verticales

(Figura 3.2). El ejemplo 3.1 ilustra el uso de un osciloscopio para medir la amplitud y la frecuencia.

Base de tiempo (amplificador

horizontal) La función primaria

del amplificador horizontal es

como base de tiempo. El número

de divisiones por periodo de la

señal es obtenido de la pantalla

(figura 3.2) y multiplicado por la

razón de barrido de la base de

tiempo (s/div). Cuando el

amplificador horizontal se conecta

a una fuente de voltaje su comportamiento es similar al de un amplificador vertical, pero la señal es un

voltaje en dirección horizontal que produce un despliegue x-y (órbita o diagrama de Lissajous) La pantalla

tiene diez divisiones en la dirección horizontal.

Figura 3.2. Análisis en osciloscopio.

Ejemplo 3.1: Encuentre la amplitud y el periodo de la forma de onda dela figura 3.2.

Escala en el tiempo: 10 ms/divEscala de amplitud: 200mV/div = .2V/divCalibración del transductor: 1000 mV/ips

Procedimiento de los cálculos:

Período T = (4 div) (10 ms/div) = 40 ms = 0.04 sFrecuencia = 1/T = 1/0.04 s = 25 Hz = 1,500 CPM

Amplitud = (1 div) (200 mV/div) = 200 mV 0-Pico

Amplitud = Amplitud/Sensibilidad = (200mV) / (1000mV/ips) =

0.2 ips 0-Pico


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3.3

Analizador FFT

El analizador FFT (ver figura 3.3) es un

instrumento digital computarizado. Un

bloque de datos digitalizados en un

convertidor analógico - digital es

procesado mediante un algoritmo

transformada rápida de Fourier (FFT)

para generar un espectro. La forma de

onda en el tiempo es reconstruida a

partir del bloque de datos digitalizados.

Un analizador FFT de dos canales

permite obtener las propiedades de fase y

fase entre dos señales obtenidas. El

analizador FFT tiene alta resolución de

amplitud pero su precisión puede menoscabarse dependiendo del ajuste. Es básicamente un analizador

para tomar datos de estado estable más que para datos transitorios.

El analizador adquiere un bloque de datos a una velocidad de muestreo elevada (mayor que

200,000 muestras por segundo) dependiendo del rango más alto de frecuencias del analizador. El

analizador requiere que una señal complete un ciclo antes de que los datos sean procesados por la

FFT. Esto significa que a bajas frecuencias (por debajo de 10 Hz), se requieres

Vibraciones Básicas de Máquinas

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