SESION N° 12

DETECCION DE FALLAS POR ANALISIS VIBRACIONAL

DEFINICIONES

A continuación algunos conceptos técnicos encaminados hacia la

mejor comprensión en el tema de análisis de vibraciones mecánicas

Ciclo:

Es la distancia que existe entre el punto inicial y final de una onda.

Eje:

Es uno de los componentes que hacen parte de una máquina que

sirve de soporte a las piezas giratorias sin transmitir ninguna fuerza

de torsión.

Rodamiento o Cojinete:

Es una de las piezas que conforman una máquina y que sirve para

reducir la fricción entre un eje y las piezas conectadas a éste,

brindar soporte y facilitar su movimiento.

Chumacera:

Es una parte de la máquina que tiene un orificio en su interior para

que el eje descanse. Esta pieza puede ser de metal o de madera.

Desbalance:

Falla presentada en las máquinas cuando el centro de masa de una

de sus piezas no coincide con su centro geométrico.

Desalineamiento:

Falla que se produce en una máquina cuando una pieza conductora

y una pieza conducida no poseen igual línea de centro.

Holgura:

Es la diferencia existente entre las superficies de dos piezas que se

acoplan.

Desplazamiento:

Indica la cantidad de movimiento que la masa experimenta con

respecto a su posición de reposo.

Periodo:

Es el tiempo que tarda la masa en realizar un ciclo completo.

Frecuencia:

Es el número de ciclos que ocurren en una unidad de tiempo.

Velocidad:

Se refiere a la proporción del cambio de posición con respecto al

tiempo.

Aceleración:

Proporciona la medida del cambio de la velocidad con respecto al

tiempo.

ANALISIS VIBRACIONAL

Técnica de mantenimiento predictivo que se basa en el estudio del

funcionamiento de las máquinas rotativas a través del

comportamiento de sus vibraciones; su empleo con éxito, tiene

muchos años en la industria.

Todas las máquinas presentan ciertos niveles de vibración aunque

se encuentren operando correctamente; sin embargo, cuando se

presenta alguna anomalía, estos niveles normales de vibración se

ven alterados indicando la necesidad de una revisión del equipo.

Se han desarrollado una gran variedad de aplicaciones para este

propósito, que consisten en sensores de vibraciones

(acelerómetros) los cuales son colocados en varios puntos de una

máquina, a la cual se desea monitorear, estos sensores o

transductores se encargan de transformar las vibraciones en

señales eléctricas, las que luego, estas a través de una tarjeta de

adquisición de datos son ingresadas a un ordenador, donde se

realizan diferentes tipos de procesamientos para obtener toda la

información que se requiere para el análisis y monitoreo de las

vibraciones de las máquinas.

Sin embargo los sensores que se usan en este tipo de sistemas son

muy costosos y poco prácticos, éstos podrían ser sustituidos por

sensores como micrófonos para detectar las ondas sonoras y con

base en esto determinar los niveles de vibración.

Las vibraciones provienen de cambios constantes, de fuerzas que

modifican continuamente su dirección o su intensidad.

En una máquina rotativa las vibraciones cambian de intensidad y

dirección del mismo modo que las fuerzas que las provocan

modifican su posición respecto a la máquina que se trata de

analizar; es decir, las vibraciones resultantes tendrán una

frecuencia que será función directa de la velocidad de rotación del

componente defectuoso.

El interés principal para el mantenimiento deberá ser la

identificación de las amplitudes predominantes de las vibraciones

detectadas en el elemento o máquina, la determinación de las

causas de la vibración, y la corrección del problema que ellas

representan.

Las consecuencias de las vibraciones mecánicas son el aumento de

los esfuerzos y las tensiones, pérdidas de energía, desgaste de

materiales, y las más temidas: daños por fatiga de los materiales,

además de ruidos molestos en el ambiente laboral, etc.

TECNICAS DE DETECCION DE FALLAS POR ANALISIS VIBRACIONAL

Para que este método tenga validez, es indispensable conocer

ciertos datos de la máquina como lo son:

velocidad de giro.

tipo de cojinetes.

tipo de rodamientos.

tipo de correas o fajas.

número de alabes, palas, etc.

También es muy importante determinar los puntos de las máquinas

en donde se tomaran las mediciones y el equipo analizador más

adecuado para la realización del estudio.

El Analizador de Vibraciones, es un equipo especializado que

muestra en su pantalla el espectro de la vibración y la medida de

algunos de sus parámetros.

Las vibraciones pueden analizarse midiendo su amplitud o

descomponiéndolas de acuerdo a su frecuencia, así cuando la

amplitud de la vibración sobrepasa los límites permisibles o cuando

el espectro de vibración varía a través del tiempo, significa que algo

malo está sucediendo y que el equipo debe ser revisado.

Si la máquina está en perfecto estado, las fuerzas citadas

anteriormente no son importantes con lo que su nivel de vibración

tampoco lo es, pero con el uso y las diferentes intervenciones,

algunos elementos se deterioran aumentando así la intensidad de

las fuerzas y con estas las vibraciones.

Los problemas que se pueden detectar con el uso de esta técnica

son:

Desalineamiento.

Desbalance.

Resonancia.

Solturas mecánicas.

Rodamientos dañados.

Anomalías de engrane en ruedas dentadas.

Problemas eléctricos en motores.

Excentricidad.

Problemas en turbomáquinas y máquinas térmicas.

Problemas en bandas o fajas, etc.

Los métodos de medida de vibraciones para máquinas, por lo

general se determina acorde a la norma ISO 10816-I, la misma que

clasifica en:

Máquinas del grupo K: motores eléctricos hasta 15 kW.

Máquinas del grupo M: motores eléctricos entre 15 y 45 kW.

Máquinas del grupo G: Grandes motores.

Máquinas del grupo T: Turbomáquinas.

Medida de vibraciones en motores alternativos:

Los motores alternativos como los compresores y motores de

combustión interna, se caracterizan por tener equipos y partes en

movimiento; las vibraciones en estos equipos es mayor a los de

motores rotativos.

La clasificación de los niveles de vibración según el tipo de motor

alternativo es la siguiente:

A: Máquinas nuevas.

B: Máquinas en funcionamiento continuo.

C: No aconsejable su uso para funcionamiento continuo.

D: Alta vibración, los daños en las máquinas no son excluibles.

Ejemplo:

Se dispone de un motor eléctrico de 45 kW, acoplado a una bomba,

tras la medición de vibraciones, lo cual está dentro del plan de

mantenimiento, se detecta los siguientes valores de vibración en

mm/s.

Radial = 3.5 mm/s.

Radial 1 = 13.80 mm/s.

Radial 2 = 10 mm/s.

Axial 1 = 6.10 mm/s.

Axial = 5 mm/s.

Comentarios:

1. Como la potencia del motor que es de 45 kW, está comprendido

entre las 15 y 75 kW, por lo tanto es una máquina rotativa que

pertenece al grupo M.

2. Siendo una máquina del grupo M, el valor límite es de 7 mm/s.

3. Los niveles altos de vibración se presentan en las medidas

radiales del motor.

4. Los niveles de vibración radiales, están en la zona de niveles

inaceptables, es decir en la zona Hi Hi y puede presentarse una

parada funcional estrepitosa, dejando inoperativo dicho sistema.

5. Uno de los primeros indicios por este nivel excesivo de vibración,

es que haya presencia de desalineamiento en el acople del motor

con la bomba o haya fallas en el estado de sus rodamientos.

6. Otros indicios puede ser que haya aflojamiento de los anclajes

del motor y de la misma bomba, desbalance de su eje o fallas en

el rotor del motor eléctrico, los cuales deben ser evaluados a fin

de eliminar este nivel alto de vibraciones.

ADQUISICIÓN DE DATOS

Una correcta obtención de datos, debe tomar las siguientes

consideraciones:

1. Para la máquina de estudio es necesario conocer todas sus

características principales de funcionamiento y diseño (tipo de

rodamientos, los engranajes, correas, etc.).

2. Asimismo, los parámetros de funcionamiento, siendo estas las

que determinan el estado, entre los que se encuentran la

velocidad de rotación, la potencia, etc.

3. La selección del parámetro de medida; entre los más habituales

están las medidas en desplazamiento, velocidad o aceleración

de las vibraciones.

4. Dependiendo del parámetro escogido se seleccionará un tipo de

transductor u otro.

Para casos didácticos, usaremos un transductor de agarre

magnético acoplado a un colector; a través de estos dispositivos,

recogemos nuestros datos de las máquinas.

En cada punto que se mide en la máquina de estudio, se

seleccionan las condiciones de medida que consiste en determinar

las siguientes características:

El rango de frecuencias y la resolución deseada para el

espectro.

La ubicación y dirección de las medidas; las principales son

vertical, horizontal y axial y suelen posicionarse en los puntos

donde la transmisión de las vibraciones es más directa.

A continuación veremos un esquema de cada máquina con los

puntos de medición escogidos:

Se han numerado los puntos y en función del tipo de medida que se

realiza se identifica cada uno con una “H”, “V” o “A” que hacen

referencia a la dirección de medición horizontal, vertical y axial,

respectivamente.

La elección del formato adquisición de datos, podrán ser

espectros de amplitud frecuencia, magnitudes totales, etc., y

determinarán el tipo de análisis que posteriormente se

efectuará.

5. Una correcta toma de las mediciones, depende de cómo esta

pueda llevarse a cabo de la manera más eficiente:

a. Control del entorno a la máquina, ruido, aspecto, etc.

b. Utilizar siempre el mismo lugar de toma de las

mediciones para conseguir fiabilidad de los datos.

c. Realizar un seguimiento de la máquina por medio de

los operarios que supervisan la máquina.

d. Desechar aquellas medidas incorrectas respecto a las

medidas tomadas anteriormente.

e. Realizar un orden de medida secuencial.

Las herramientas que se utilizan para realizar las mediciones y con las que se transforman para ser utilizadas por un sistema informático presentan el siguiente esquema: MEDICIÓN Y TECNICAS DE INTERPRETACION DE RESULTADOS

Ejercicio:

Ud. ha sido contratado como ingeniero de manteniendo predictivo en la

empresa Gases S.A., para lo cual se le pide efectuar de manera proactiva la

determinación de la fecha aproximada de la presencia de alarma para el

equipo compresor de oxígeno KA 10, si el mismo tiene una potencia

comprendida entre 0.3 y 50 MW, máquina que se debe considerarse como

una rígida de tamaño considerable, y esto tomando en consideración a la

base de datos que ha sido los resultados del análisis de vibraciones del

compresor de oxigeno KA-10; se recomienda centrarse en el punto 6 y utilizar

el método de ajuste de curva por recta de mínimos cuadrados, estimando el

índice de correlación de variables; tomar como los límites, las

recomendaciones de la VSC (USA), 3.59 mm/s - RMS para alarma Hi y de 8.08

mm/s – RMS, para la indicación o falla funcional Hi Hi.

NOTA:

Correlación de variables (R2)

∑ ∑ ∑

√[ ∑ ∑

]√[ ∑ ∑

]

Solución:

Links:

https://youtu.be/rN52mg1PVr4

https://youtu.be/dojLmzENgM8

https://youtu.be/WeIVQ1M2QOU

https://youtu.be/scYafOPM03U

https://youtu.be/573lB3iKlDY

https://youtu.be/JAySywk7J-4

https://youtu.be/99fW0jLys9I

https://youtu.be/pHFXkkurdhw

https://youtu.be/YhoztV3YsAg

https://youtu.be/EG6F8zl0mAA

https://youtu.be/CMqw8KzG5rw