• Author / Uploaded
• David Beltran

• Categories
• Acelerómetro
• Mecanica clasica
• Física Aplicada e Interdisciplinaria
• Mecánica
• Cantidades fisicas

Citation preview

INSTITUTO TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO NOMBRE DE LA MATERIA: MANTENIMIENTO I

PROFESOR: ING. RUBEN ROCHA HERNANDEZ ALUMNO: MACIAS HERNANDEZ DANIEL UNIDAD: 4 TEMA: APLICACIÓN DE LA TEORIA DE LAS VIBRACIONES ENERO 2020-JUNIO 2020 CARRERA: INGENIERIA MECANICA TRABAJO DE INVESTIGACION

CONTENIDO 4. Aplicación de la teoría de vibraciones…………………….3 4.1Medicion de vibraciones…………………………………...3 Tipos de acelerómetros………………………………………..7 Analizador de espectro………………………………………...8 4.2 Análisis de las vibraciones……………………………....10 Aplicaciones…………………………………………………...12 4. 3 Diagnóstico de vibraciones……………………………..14 Vibraciones y diagnostico por vibraciones…………………15 Medidores de vibraciones…………………………………....17 4.4 Balanceo de rotores………………………………………20 Desbalanceo…………………………………………………...21 Planteamiento del procedimiento……………………………22 Tipos de desbalance………………………………………….23 Balanceo por rotores rígidos………………………………...26 4.5 Registro y análisis de vibraciones…………………..….27 Que es un análisis de vibraciones?...................................30 Algunos ejemplos de analizadores…………………………31 Parámetros de medición…………………………………….33 Conclusiones al tema………………………………….38 y 39

4. APLICACIÓN DE LA TEORIA DE VIBRACIONES.

4.1 MEDICION DE LAS VIBRACIONES. La vibración se define como el movimiento oscilante que hace una partícula alrededor de un punto fijo. Este movimiento puede ser regular en dirección, frecuencia y/ o intensidad o aleatorio que es normal. Por lo que cabe tener parámetros establecidos para la efectiva operación de máquinas, donde el operador se le haga cómodo la realización de sus actividades ,por cuestión de mal diseño y que se genere continuamente estas fluctuaciones constantes podría generar una deformidad en las cervicales del trabajador ,entonces es importante desde el diseño de la maquina a operar , en conjunto con el fabricante y al igual tener el equipo de medición necesario para saber cómo interactúan los rangos establecidos y si están en base a lo establecido Medidor de vibración para mantenimiento, fabricación, producción y laboratorio. El medidor de vibración se utiliza para la medición de vibraciones y oscilaciones en muchas máquinas e instalaciones o para el desarrollo de productos (desde componentes a herramientas). La medición en sí misma aporta los siguientes parámetros: aceleración de vibración, velocidad de vibración y desviación de vibración. Estas magnitudes caracterizan la oscilación exactamente. El medidor de vibración es portátil, los resultados pueden almacenarse parcialmente. La calibración de fábrica se entrega con el primer pedido. Todos nuestros medidores se pueden obtener con una calibración ISO 9000 adicional (con el primer pedido, pero también en caso de una recalibración, según el manual ISO p.e. anual).  Realizamos mediciones de vibraciones de todo tipo de máquinas y su repercusión en el entorno urbano o industrial. Las vibraciones normalmente se originan por el normal funcionamiento de máquinas o por la vibración propia de cualquier estructura.

La Medición de Vibraciones la realizamos dando un valor al nivel de vibración real que se transmite a una estructura, una edificación o el cuerpo humano en un punto determinado. Cualquier estructura física, incluido el cuerpo humano, puede transmitir, disminuir o ampliar la intensidad de las vibraciones; este es el motivo de considerar más fiable el punto de recepción y no el de origen. La medición de las vibraciones permite cuantificar los valores en estos puntos. Las ordenanzas de ruido y el resto de legislación acústica proporcionan los valores máximos de vibración admisibles. También las diferentes reglamentaciones de seguridad y salud en el trabajo. Para medir las vibraciones utilizamos básicamente dos aparatos un acelerómetro y un analizador de espectro.

Para realizar una medición de vibraciones lo primero que hacemos es identificar el punto o puntos en los que se originan, su dirección de propagación y las características temporales básicas de las mismas. Cuando realizamos una medición acústica se cuantifica el nivel de presión sonora, en el caso de las vibraciones medimos la

aceleración, velocidad y línea de desplazamiento de las vibraciones. Las Mediciones de Vibraciones las hacemos, siempre que es posible, en el lugar y momento donde se producen con mayor intensidad. Una vez analizamos el nivel de vibraciones soportados por el cuerpo humano, una habitación o una estructura procedemos a dimensionar las medidas correctoras necesarias para atenuarlas o hacerlas desaparecer. Éstas consisten en la mayoría de los casos en la instalación de sistemas de amortiguación en las máquinas que las originan o la instalación de plataformas aisladas del suelo y que hacen esa función. En el caso de las vibraciones soportadas por los trabajadores lo más habitual es emplear equipos de protección, como materiales absorbentes o amortiguadores en los puntos de contacto con el cuerpo humano.

Se denomina acelerómetro a cualquier instrumento destinado a medir aceleraciones. Esto no es necesariamente la misma que la aceleración de coordenadas (cambio de la velocidad del

dispositivo en el espacio), sino que es el tipo de aceleración asociada con el fenómeno de peso experimentado por una masa de prueba que se encuentra en el marco de referencia del dispositivo. Un ejemplo en el que este tipo de aceleraciones son diferentes es cuando un acelerómetro medirá un valor sentado en el suelo, ya que las masas tienen un peso, a pesar de que no hay cambio de velocidad. Sin embargo, un acelerómetro en caída gravitacional libre hacia el centro de la Tierra medirá un valor de cero, ya que, a pesar de que su velocidad es cada vez mayor, está en un marco de referencia en el que no tiene peso. Acelerómetro piezoeléctrico El acelerómetro es uno de los transductores más versátiles, siendo el más común el piezoeléctrico por compresión. Este se basa en que, cuando se comprime un retículo cristalino piezoeléctrico, se produce una carga eléctrica proporcional a la fuerza aplicada. Los elementos piezoeléctricos están hechos normalmente de circonato de plomo. Los elementos piezoeléctricos se encuentran comprimidos por una masa, sujeta al otro lado por un muelle y todo el conjunto dentro de una caja metálica. Cuando el conjunto es sometido a vibración, el disco piezoeléctrico se ve sometido a una fuerza variable, proporcional a la aceleración de la masa. Debido al efecto piezoeléctrico se desarrolla un potencial variable que será proporcional a la aceleración. Dicho potencial variable se puede registrar sobre un osciloscopio o voltímetro. Acelerómetro piezoeléctrico de cuarzo. Su uso es común en mantenimiento predictivo, donde se emplea para detectar defectos en máquinas rotativas y alternativas, detectando por ejemplo, el mal estado de un rodamiento o cojinete en una etapa temprana antes de que se llegue a la avería.

En bombas impulsoras de líquidos detectan los fenómenos de cavitación que pulsan a unas frecuencias características. Los acelerómetros electrónicos permiten medir la aceleración en una, dos o tres dimensiones, esto es, en tres direcciones del espacio ortonormales. Esta característica permite medir la inclinación de un cuerpo, puesto que es posible determinar con el acelerómetro la componente de la aceleración provocada por la gravedad que actúa sobre el cuerpo. Un acelerómetro también es usado para determinar la posición de un cuerpo, pues al conocerse su aceleración en todo momento, es posible calcular los desplazamientos que tuvo. Considerando que se conocen la posición y velocidad original del cuerpo bajo análisis, y sumando los desplazamientos medidos se determina la posición. Otros tipos de acelerómetro Acelerómetros de efecto Hall.- Utilizan una masa sísmica donde se coloca un imán y un sensor de efecto Hall que detecta cambios en el campo magnético Acelerómetros de condensador.- Miden el cambio de capacidad eléctrica de un condensador mediante una masa sísmica situada entre las placas del mismo, que al moverse hace cambiar la corriente que circula entre las placas del capacitor. Usos del acelerómetro Los acelerómetros pueden ser utilizados en varios campos como por ejemplo: Científico.- Mediciones de laboratorio, test de la posición de un cuerpo, entre otros.

Investigación medicina..- Análisis de movimientos de pacientes en silla de ruedas o de personas con capacidad de movimiento reducido. Investigación biología..- La interpretación de patrones en los movimientos de animales. Tecnología..- Tomar cambios en la posición de un dispositivo para generar una respuesta al usuario o realizar una actividad. Ejemplo: teléfonos inteligentes, al cambiar de sentido la posición del teléfono la disposición de la pantalla varia de vertical a horizontal y viceversa.

Analizador de espectro Un analizador de espectro es un equipo de medición electrónica que permite visualizar en una pantalla los componentes espectrales en un espectro de frecuencias de las señales presentes en la entrada, pudiendo ser ésta cualquier tipo de ondas eléctricas, acústicas u ópticas. En otras palabras se conoce como una máquina o un aparato el cual te deja ver la frecuencia y el tamaño de una onda electromagnética. En el eje de ordenadas suele presentarse en una escala logarítmica el nivel en dBm del contenido espectral de la señal. En el eje de abscisas se representa la frecuencia, en una escala que es función de la separación temporal y el número de muestras capturadas. Se

denomina frecuencia central del analizador a la que corresponde con la frecuencia en el punto medio de la pantalla. El equipo permite medir valores de potencia (en cm) o tensión de señal eléctrica configurando el aparato debidamente. No obstante, no permite medir valores de campo eléctrico ni magnético. Esto último no resulta un problema grande puesto que existen formas inmediatas de obtener dichos valores de campo a partir de ciertos parámetros (en el caso de mediciones con antenas, a partir del parámetro k de antena se puede obtener el campo eléctrico). En la actualidad está siendo reemplazado por el analizador vectorial de señales. Tipos Hay analizadores analógicos y digitales de espectro de la señal colindante a la puerta de tu casa: Un analizador analógico, de espectro es un equipo técnico que muestra la composición del espectro de ondas eléctricas, acústicas, ópticas, de radiofrecuencia, etc. Contrario a un osciloscopio un Analizador de Espectros muestra las ondas en la trama del dominio de frecuencia en vez del dominio del tiempo . Puede ser considerado un voltímetro de frecuencia selectiva, que responde a picos calibrados en valores RMS de la onda. Los analizadores analógicos utilizan un filtro pasa banda de frecuencia variable cuya frecuencia central se afina automáticamente dentro de una gama de fija. También se puede emplear un banco de filtros o un receptor superheterodino donde el oscilador local barre una gama de frecuencias. Algunos otros analizadores como los Tektronix (de la serie RSA) utilizan un híbrido entre análogo y digital al que llaman analizador de Espectros "en tiempo real". La señales son convertidas a una frecuencia más baja para ser trabajadas con técnicas FFT o transformada rápida de Fourier desarrollada por Jean Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830. Un analizador digital de espectro utiliza la "Fast Fourier Transformation" (FFT), un proceso matemático que transforma una señal en sus componentes espectrales. Algunas medidas requieren

que se preserve la información completa de señal - frecuencia y fase, este tipo de análisis se llama vectorial. Ambos grupos de analizadores pueden traer un generador interno incorporado y así poder ser usados como un simple analizador de redes. No es lo mismo que un osciloscopio. Analizador de espectro

4.2 Análisis de Vibraciones Análisis de vibraciones El análisis de vibraciones es la principal técnica para supervisar y diagnosticar la maquinaria rotativa e implantar un plan de mantenimiento predictivo. El análisis de vibraciones se aplica con eficacia desde hace más de 30 años a la supervisión y diagnóstico de fallos mecánicos en máquinas rotativas. Inicialmente, se emplearon equipos analógicos para la medida de la vibración en banda ancha, lo que hacía imposible el diagnóstico fiable de fallos en rodamientos y engranajes. Más tarde, se incorporaron filtros sintonizables a la electrónica analógica, lo que incrementó enormemente la capacidad de diagnóstico, pero sin poder tratar la información de forma masiva. Desde 1984, se comenzaron a emplear equipos digitales con FFT en

tiempo real y capacidad de almacenamiento (analizadores-colectores) y tratamiento en software para PC. Hoy día nadie pone en duda la capacidad del análisis de vibraciones en máquinas rotativas, que incluso permite el diagnóstico de algunos problemas en máquinas eléctricas.

La información que puede procurar el análisis de vibraciones de forma exhaustiva en forma de parámetros de supervisión y gráficos de diagnóstico incluye: Parámetros de Supervisión:  Medida de vibración global o total en banda ancha.  Medida de vibración en banda estrecha de frecuencia.  Medida de parámetros vibratorios específicos para detección de fallos en rodamientos y engranajes (demodulación, envolvente, Spike Energy, PeakVue,...).  Parámetros de la Forma de Onda : Simetría (Kurtosis) y Cresta (Skewness). Fase vibratoria en armónicos : 1x, 2x, 3x, ... RPM.  Medida de vibración síncrona en picos : 1x, 2x, 3x, ... RPM.  Medida de vibración sub-síncrona.  Medida de vibración no-síncrona.

Gráficos de Diagnóstico:    

Forma de Onda Espectro de Frecuencia. Diagramas Pico-Fase: Bode, Nyquist, Polar,... Órbitas X-Y de canales cruzados a 90º

Fallos detectables

Mediante el análisis de vibraciones aplicado a la maquinaria rotativa se pueden diagnosticar con precisión problemas de:         

Desequilibrio Desalineación Holguras Roces Ejes doblados Poleas excéntricas Rodamientos Engranajes Fallos de origen eléctrico

... Maquinaria crítica monitorizable La maquinaria crítica susceptible de ser monitorizada en las plantas industriales es la siguiente:          

Turbinas de vapor y de gas Bombas centrífugas Ventiladores Motores eléctricos Compresores rotativos, de tornillo y alternativos Agitadores, mezcladoras... Molinos y hornos rotativos Cajas reductoras Centrífugas Torres de refrigeración Motores diesel y generadores de equipos electrógenos ...

Aplicaciones El análisis de vibraciones se puede utilizar para calcular los módulos elásticos (módulo de Young, módulo de cizallamiento) y el coeficiente

de Poisson a partir de las frecuencias naturales de vibración de la muestra, que no debe sufrir ningún daño por el llamado método dinámico (ensayos no destructivos) a través de la velocidad del sonido, llamado pulso-eco. Existe una relación unívoca entre las frecuencias naturales de vibración con las dimensiones y la masa de la muestra, parámetros fáciles de medir con un pie de rey y una balanza. Conociendo el tamaño, la masa y las frecuencias naturales de vibración, los módulos de elasticidad se pueden calcular fácilmente utilizando herramientas matemáticas. El módulo de Young se calcula a partir de las vibraciones longitudinales o flexionales mientras que el módulo de cizallamiento y el coeficiente de Poisson se puede obtener mediante las vibraciones de torsión. De acuerdo con la norma ASTM E-18751 e E-18762 las pruebas pueden ser: Excitación por impulso: cuando la muestra se somete a un ligero golpe que genera vibraciones que son detectadas por un transductor y se convierten en señales eléctricas para que estas frecuencias de resonancia se puedan leer. Barrido de frecuencia: cuando el modelo recibe un estímulo de frecuencia variable. Las muestras deben ser apoyados en sus puntos nodales.

4.3 Diagnostico de vibraciones.

¿Qué es el diagnóstico de vibraciones? Los diagnósticos de vibración son una parte importante de los programas de mantenimiento predictivo de máquinas. A lo largo de los años, los diagnósticos de vibración han demostrado ser el método más eficaz para verificar la "salud de la maquinaria". Las herramientas de diagnóstico de vibraciones están aquí para ayudarnos a predecir los fallos de las máquinas. Cuando se aplica el mantenimiento predictivo y las máquinas se supervisan regularmente, los fallos de la máquina se pueden descubrir en una etapa temprana y se pueden tomar acciones correctoras con antelación. Al hacerlo, puede evitar paradas inesperadas de la máquina y evitar la sustitución de piezas que todavía están en buenas condiciones. Adash suministra una gama completa de equipos de diagnóstico de vibraciones, desde simples colectores de datos a analizadores de vibración avanzados y sistemas

de monitorización en continuo. Los datos de los dispositivos de medición se pueden transferir al software Adash para su posterior análisis. ¿Cómo funciona? Las máquinas en funcionamiento generan vibraciones, que contienen mucha información sobre su estado. Se utiliza un medidor de vibraciones o un analizador para medir esta vibración. El sensor debe montarse en un punto apropiado de la máquina (por ejemplo, el soporte del rodamiento). El instrumento mide la señal de vibración, le indica la gravedad de las vibraciones y también los posibles fallos de la máquina. Los fallos más frecuentes son defectos en rodamientos, desequilibrio, desalineación y holguras.

Vibraciones y Diagnóstico por Vibraciones Vamos a explicar brevemente lo que realmente son las vibraciones, donde nos estamos enfocando. Los motores eléctricos vibran al funcionar y se puede oír un sonido (un ruido) porque el ruido es de hecho vibración. Suponemos que no hay necesidad de explicar que cuando usted habla, sus cuerdas vocales generan vibraciones que se transmiten por el aire al oído de otra persona. No se pueden ver estas vibraciones, pero pueden escucharse. Imagine el altavoz de graves mientras suena la música. ¿Puede ver el movimiento de la membrana del altavoz? Sí puede. ¿Pero puede ver el movimiento del motor mientras está funcionando? Realmente no. Para "ver" las vibraciones de un motor tenemos hoy algunos excelentes ayudantes: un sensor de aceleración y un medidor de vibraciones o un analizador . Hablando del altavoz de nuevo, ¿puede separar cada ruido que viene del altavoz mientras suena la música? Puede separar fácilmente bajos (frecuencias bajas) de agudos (altas frecuencias) con un ecualizador.

¿Por qué seguimos hablando de altavoces? Porque es muy similar a las vibraciones en la máquina. En la máquina también queremos separar los ruidos de "graves y agudos", pero aquí estamos hablando de diferenciar entre fallos de máquinas, como la condición general de la máquina relacionada con la velocidad del eje (baja frecuencia) y fallos de rodamientos/ cajas de engranajes (alta frecuencia). Para separar estos fallos usamos los medidores de vibración y analizadores mencionados anteriormente. Al realizar los Diagnósticos de Vibración queremos distinguir dos cosas importantes que obtenemos de la señal: condición general de la máquina y condición del rodamiento, (ya que cada una de ellas es diagnosticada de diferentes partes de la señal de la vibración). El Diagnóstico por Vibración es más sofisticado y, más adelante, descubrirá que necesita separar más fuentes de vibración que son generadas por una máquina en funcionamiento (por ejemplo, tornillos de cimentación sueltos, desequilibrio, desalineación, fallos de las palas del ventilador…) Pero por ahora vamos a hablar de esas dos cosas básicas para una explicación más fácil.

Monitorización de la Condición Hay más métodos para evaluar la condición de una máquina y sus fallos. Además de los diagnósticos de vibración, es posible que haya oído hablar de detección ultrasónica, termografía, ensayos no destructivos, etc., y todos estos métodos forman parte de la supervisión de la condición. Cada método tiene sus pros y sus contras. En programa de mantenimiento predictivo decidirá qué técnicas son las mejores para sus máquinas particulares. Sin embargo, durante las últimas décadas se ha encontrado y demostrado que el Diagnóstico por Vibraciones es el método más eficiente y fiable para la mayoría de las máquinas rotativas.

¿Cómo debo comenzar mi programa de mantenimiento predictivo?

¿Qué máquinas debo medir y cuándo? Es necesario considerar qué máquinas son críticas para la en su fábrica. Estas máquinas críticas deben tener la mayor prioridad sobre la otra maquinaria y usted debe también considerar cuánto tiempo puede dedicar a tomar medidas de vibración regularmente. Es ideal medir las máquinas cada semana, pero no vivimos en un mundo ideal. A pesar de eso, trate de programar la medición de esas máquinas en particular al menos una vez al mes.

Nota: Si planea medir su maquinaria cada medio año, cierre este documento y lance su medidor de vibraciones a la chatarra. No tiene ningún sentido medir con un intervalo de tiempo tan grande. No sería un mantenimiento predictivo, sino el mantenimiento al fallo (reactivo). Imagine cuántas cosas pueden suceder durante este medio año... El medidor de vibraciones básico con accesorios

Vamos a explicar cómo es el equipo básico de medición de vibraciones. Consta de las siguientes partes:

Medidor de vibraciones (analizador) Cable Sensor de vibraciones (acelerómetro)

¿Cómo funciona? Se coloca el sensor de vibración en el punto de medición (donde vibra), las vibraciones se transforman en señales electrónicas (voltaje) en el sensor de aceleración, la señal se transmite por el cable al medidor de vibraciones (analizador) y la señal se procesa en el medidor para ofrecer los valores de vibración que puede leer en la pantalla del vibrómetro. Punto de medición El punto de medición es el lugar en la máquina (generalmente el soporte del rodamiento) donde se coloca un sensor de vibración y donde se lleva a cabo su lectura de vibración (medición). La ubicación

del punto de medición debe permitirle tomar mediciones repetibles bajo las mismas condiciones. ¡La repetibilidad de la medición es muy importante! ¿Cómo debo preparar mi punto de medición?

Para obtener mediciones de calidad y repetibles debe preparar su punto de medición en el soporte del rodamiento. La mejor manera de hacerlo es ajustar todos los puntos de medición con bases de medición. Una base de medición tiene una superficie plana, hecha de acero inoxidable magnético y está fijada a la máquina con un pegamento especial (cemento metálico) lo que garantiza una buena transmisión de las vibraciones. Un sensor de aceleración se suministra normalmente con una base magnética fuerte (tipo neodimio) que asegura una buena transferencia de las vibraciones de la máquina al sensor. Base de medición - solución ideal Base de medición (pegada en el motor) Base magnética Sensor de aceleración

Base de medición - solución ideal

Evite colocar el sensor justo en el soporte curvo del rodamiento. La base magnética plana oscilará sobre el soporte del rodamiento y la medida será inútil. Colocación incorrecta del sensor

Si no desea pegar bases de medición en sus soportes de rodamientos, puede utilizar una base magnética para superficies curvas. Existe una desventaja, que tal base magnética tiene una transmisión un poco peor de vibraciones de alta frecuencia (vibraciones de rodamiento).

4.4 Balanceo de rotores. Se aplica un método de balanceo dinámico de rotores rígidos para el caso de datos de vibración filtrada que varían en forma de pulsación debido a la presencia de armónicas de frecuencias muy cercanas entre sí. Para registrar estas variaciones se capturan los datos mediante un analizador virtual que recibe la señal de vibración y de la referencia temporal para calcular la amplitud y la fase en tiempo real. A partir del archivo de datos se aplica un método de balanceo que utiliza el promedio de la vibración en un ciclo completo de la pulsación. Este procedimiento se verifica en un banco de pruebas que consiste en dos ventiladores centrífugos de velocidades de operación casi iguales en los que se provoca la vibración pulsante. Los resultados de las pruebas de balanceo son satisfactorios. La técnica de balanceo de rotores calcula los contrapesos que producen el equilibrio estático y el dinámico requerido para la reducción de la vibración. El balanceo dinámico utiliza normalmente el método de los coeficientes de influencia, el cual requiere medir la amplitud y la fase de la vibración en los apoyos en varias corridas de prueba. Cuando el rotor que se balancea está montado en una estructura en la cual se encuentran otras máquinas que trabajan a velocidades iguales o aproximadamente iguales a la del rotor a balancear y, éstas no se pueden detener por diferentes razones, la señal obtenida contiene los efectos combinados de todas las máquinas, notándose una variación periódica de la amplitud. Al fenómeno de vibraciones cuyas amplitudes aumentan y disminuyen periódicamente se le llama pulsación [1]. El presente trabajo analiza cómo manejar este problema. Los objetivos del método propuesto son: 1. Mostrar la captura e interpretación de las lecturas de vibración pulsante. 2. Indicar el procedimiento de cálculo de los pesos de balanceo. 3. Verificar el método mediante pruebas de campo.

La presencia de este fenómeno en la señal de vibración requiere del uso de metodologías y herramientas adecuadas para lograr obtener una disminución de la vibración residual del rotor hasta límites permitidos. En el trabajo de García [2] se desarrolla un método de balanceo y se aplica a rotores de baja velocidad en una torre de enfriamiento de una Termoeléctrica. Los datos de vibración pulsante se obtienen mediante una lectura de tipo manual efectuada por el operador, la cual resulta adecuada para la variación lenta de los datos en este caso, sin embargo en la mayoría de las situaciones de la industria esta variación no puede ser registrada manualmente y se requiere la captura automática mediante un analizador virtual.

2. DESBALANCEO El desbalanceo se puede definir como una medida que cuantifica la distancia a la que se desplaza la línea central de masa del rotor, de la línea central de rotación [16]. La fuerza generada por el desbalanceo, fuerza centrífuga, se calcula en función de la masa de desbalanceo (m), la excentricidad (r) y la velocidad de rotación (𝜔), según la Ecuación (1). 𝐹𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑖𝑓𝑢𝑔𝑎 = 𝑚 ∗ (𝑟 ∗ 𝜔 2 No obstante hay que recordar que, dependiendo del tipo de rotor su dinámica pueder ser mucho más compleja y el cálculo de las aceleraciones también. El desbalanceo se presenta de forma sincrónica a la velocidad de rotación de la máquina, y su dirección es fundamentalmente radial. Por lo tanto, en el espectro de vibraciones las amplitudes de vibración asociadas a este fallo se registran en la componente 1X (primer armónico) Respecto de los tipos de desbalanceo, la norma ISO 1925 Lo clasifica según la distribución de masas desbalanceadoras en: desbalanceo estático, cuando el eje principal de inercia es paralelo al eje de rotación; desbalanceo por fuerzas par, cuando el eje principal de inercia intercepta al eje de rotación en el centro de gravedad del

rotor; desbalanceo cuasi-estático, cuando el eje principal de inercia intercepta al eje de rotación en un punto distinto al centro de gravedad del rotor; y desbalanceo dinámico cuando el eje principal de inercia no intercepta al eje de rotación. A partir de la geometría, la distribución de masas y la velocidad de operación del rotor, el balanceo se pueda realizar corrigiendo en un plano (balanceo estático), y en dos o más planos (balanceo dinámico) [1]. Dada la norma ISO 5406, se obtienen los modelos para balanceo teniendo en cuenta la relación entre el largo y el diámetro del rotor. En la Figura 1, se exponen estos modelos. En la norma ISO 1940 se establece los niveles máximos de desbalanceo permitidos para las diferentes aplicaciones industriales. 3. PLANTEAMIENTO DEL PROCEDIMIENTO El procedimiento planteado inicia con la configuración de la aplicación a través de la que, por una parte se definen todos los parámetros requeridos para la ejecución del balanceo; y por otra, los cálculos y orientaciones para la realización del proceso correctivo. El analizador empleado es un OROS 35 y sus aplicaciones correspondientes. 3.1. Configuración de la aplicación Configuración inicial. Aquí se define el número de planos a balancear, y por tanto el tipo de balanceo a realizar. Para esto, la información de la Figura 2 aclara gráficamente dicha selección. De igual forma, este apartado recomienda la posición de los sensores. Posteriormente se procede a la configuración de los sensores, a través de la información solicitada, tanto para los acelerómetros como el tacómetro, evidenciado en la Figura 3. Este proceso incluye la frecuencia de muestreo.

BALANCEO DE ROTORES RÍGIDOS A pesar de que los rotores normalmente experimentan flexión durante su funcionamiento, comúnmente se balancean en bancos con soportes suaves, en los cuales el rotor puede girar mientras permanece prácticamente rígido. En estas condiciones, la vibración del rotor se debe a la deformación de los soportes de la bancada, causada por las fuerzas de desbalance que se transmiten hacia ellos a través del cuerpo del rotor. Las técnicas de balanceo de rotores rígidos tienen algunas ventajas sobre las de rotores flexibles: i) la respuesta sólo contiene contribuciones de dos modos de vibración, ii) la respuesta en cualquier punto del rotor puede determinarse a partir de aquella medida en dos puntos cualesquiera, iii) las resonancias ocurren a bajas velocidades, lo cual facilita la obtención de datos de vibración resonante, a diferencia del proceso para rotores flexibles, cuyas resonancias ocurren a altas velocidades. El balanceo de rotores rígidos generalmente se realiza como un paso previo al balanceo fino de un rotor en sus chumaceras con el fin de reducir el desbalance grueso del rotor antes de ponerlo en operación. Como la respuesta de un rotor rígido sólo presenta componentes de dos modos de vibración, su balanceo únicamente requiere dos planos para la colocación de masas de corrección. DINÁMICA DE UN ROTOR RÍGIDO La Figura 1 muestra un diagrama de un montaje típico para balanceo en bancadas suaves. El rotor está montado en dos soportes flexibles que le permiten desplazarse sólo en dirección vertical. Cada soporte puede modelarse como un sistema de un grado de libertad que contribuye a la masa, la rigidez y el amortiguamiento del sistema rotorsoportes. El sistema tiene dos grados de libertad.

4.5 Registro y análisis de vibraciones. Análisis de vibraciones El interés de de las Vibraciones Mecánicas llega al Mantenimiento Industrial de la mano del Mantenimiento Preventivo y Predictivo, con el interés de alerta que significa un elemento vibrante en una Maquina, y la necesaria prevención de las fallas que traen las vibraciones a medio plazo.

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. Parámetros de las vibraciones. Frecuencia: Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio. En los estudios de Vibración se usan los CPM (ciclos por segundo) o HZ (hercios). Desplazamiento: Es la distancia total que describe el elemento vibrante, desde un extremo al otro de su movimiento. Velocidad y Aceleración: Como valor relacional de los anteriores. Dirección: Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3 rotacionales Tipos de vibraciones. Vibración libre: causada por un sistema vibra debido a una excitación instantánea. Vibración forzada: causada por un sistema vibra debida a una excitación constante las causas de las vibraciones mecánicas A continuación detallamos las razones más habituales por las que una máquina o elemento de la misma puede llegar a vibrar. Vibración debida al Desequilibrado (maquinaria rotativa). Vibración debida a la Falta de Alineamiento (maquinaria rotativa) Vibración debida a la Excentricidad (maquinaria rotativa). Vibración debida a la Falla de Rodamientos y cojinetes. Vibración debida a problemas de engranajes y correas de Transmisión (holguras, falta de lubricación, roces, etc.)

El análisis de vibraciones, la termografía, el análisis de lubricantes, entre otras son técnicas de mantenimiento predictivo que permiten hallar las causas de posibles fallos anticipándose a la avería. Para la implantación de un mantenimiento predictivo resulta imprescindible la realización de un programa y una organización que aseguren el seguimiento constante y riguroso de los elementos que componen la empresa. Programa de mantenimiento predictivo Los pasos en que se basa el programa de mantenimiento predictivo se pueden explicar de la siguiente forma. El programa de mantenimiento predictivo sigue una secuencia lógica desde que se detecta un problema, se estudia, se encuentra su causa, y finalmente se decide la posibilidad de corregirlo en el momento oportuno con la máxima eficiencia.Los pasos de que consta son tres: • Detección: Reconocimiento del problema. • Análisis: Localización de la causa del problema. • Corrección: Encontrar el momento y forma de solucionar el problema. Como se ha dicho, la detección consiste en encontrar un problema en la maquinaria. Para ello es necesario un seguimiento constante y riguroso del nivel de vibraciones de una máquina. El intervalo entre mediciones depende de cada equipo y puede variar desde dos meses a una medición continua, según el tipo e importancia en el proceso. Los puntos elegidos para tomar vibraciones son aquellos donde puede ser posible encontrar un defecto que afecte al buen funcionamiento de la maquinaria, serán lugares en los que se alojen rodamientos, ventiladores, engranajes o uniones entre ejes. En los puntos a medir se tomarán valores de velocidad, aceleración o desplazamiento, en función de la situación del punto y de las características de la máquina. El aparato utilizado será un colector de datos junto con un programa informático que almacene los valores recogidos en las revisiones rutinarias sobre los elementos de la fábrica. A partir de un histórico de datos de los puntos de cada máquina es posible detectar un problema cuando la tendencia de valores aumenta o se modifica notablemente.

El siguiente paso es analizar el problema detectado, una vez que se ha encontrado éste, se identifican sus posibles causas. Este estudio es complicado, depende en cada caso del punto donde aparece el defecto, la posición y el entorno de la maquina. No existen rasgos que caractericen de una forma inequívoca una causa de exceso de vibración, si no que la experiencia, el sentido común y el conocimiento de cada máquina son puntos esenciales. Por último, el paso a seguir es la corrección del fallo detectado y analizado, así, una vez encontrado un problema y analizado sus causas, es necesario estudiar las acciones a realizar para solucionarlo, a la vez que buscar el momento adecuado para su reparación, intentando que esta sea lo más eficiente posible y que afecte de forma mínima el proceso de producción, aprovechando para ello una parada o una situación en la que la carga de trabajo para la máquina sea menor que en otras.

¿Qué es el Análisis de Vibraciones? El Análisis de Vibración es una técnica utilizada para identificar y predecir anomalías mecánicas en maquinaria industrial, midiendo la vibración e identificando las frecuencias involucradas. Esta vibración es registrada por un acelerómetro y los datos son procesados por un analizador de espectro. La aplicación de esta técnica en el

mantenimiento predictivo mejora en gran medida la eficiencia y la fiabilidad en maquinaria industrial. Fallas que identifica el Análisis de Vibraciones Casi todas las fallas que puede tener una máquina se pueden identificar o al menos sospechar con el análisis de vibraciones. Sólo en ocasiones se requerirán de métodos complementarios para confirmar un diagnóstico. Entre las fallas más comunes están:          

Desbalanceo Fallas en rodamientos Holgura mecánica Desalineamiento Resonancia y Frecuencias naturales Fallas eléctricas en motores Torsión de eje Fallas en cajas de engranes Cavitación en bombas Velocidades críticas

Encontrar unos equipos de Análisis de Vibraciones Encuentra el mejor equipo de Análisis de Vibraciones que satisfaga tus necesidades. Si estas interesado en como en cómo encontrar el mejor analizador de vibraciones haz click aquí. Un equipo de análisis de vibraciones es un instrumento utilizado para medir, almacenar y diagnosticar la vibración producida por su máquina. Los equipos de Análisis de Vibraciones utilizan herramientas basadas en el FFT para medir frecuencias e identificar las fallas que las originan. Algunos ejemplos de analizadores de vibraciones: Limitaciones del análisis de vibraciones

Se han hecho grandes esfuerzos para encontrar funciones que solucionen las pocas limitaciones del análisis de vibraciones. Sin embargo, existen todavía algunas que aún no se pueden eliminar. Frecuencia máxima: Los sensores comunes tienen una frecuencia máxima de 10 a 15 kHz. Por lo tanto, si no se invierte en sensores especiales, las frecuencias superiores serán invisibles para el equipo. Ultra bajas frecuencias: Las frecuencias muy bajas son posibles de medir, pero muy frecuentemente son pasadas por alto debido a que se requieren largas muestras que no se toman de manera convencional. Estado del lubricante: Esta es una de las mayores limitantes del análisis de vibraciones. El estado del lubricante no se puede evaluar mediante esta técnica, únicamente se puede ver la falta de éste. Fundamentos del análisis de vibraciones Principios básicos El análisis de vibraciones no necesita ningún desmontaje ni que la máquina sea detenida, por lo tanto es un método no invasivo. El principio fundamental es la medición de la vibración mediante sensores que transforman el movimiento en una señal eléctrica que es interpretada y almacenada por un analizador. Sensores El sensor más común en la práctica del análisis de vibraciones es el acelerómetro, aunque existen también velocímetros y sensores de desplazamiento. Los acelerómetros proporcionan una señal de voltaje proporcional a la aceleración de la vibración. Posteriormente, esta señal puede ser integrada para obtener la velocidad y el desplazamiento haciendo del acelerómetro el sensor más versátil. Vibración La maquinaria rotativa produce vibración durante su operación. La vibración se produce por la fricción y fuerzas centrífugas tanto de las piezas rotativas como de los rodamientos. Esta vibración puede ser medida e incluso, en la mayoría de los casos, escuchada.

La vibración se define como un movimiento repetitivo entorno a un punto de equilibrio. Además la vibración está caracterizada por sus variaciones en amplitud y frecuencia. Tanto la Amplitud como la Frecuencia son utilizadas para un sin número de cálculos indispensables para el diagnóstico.

Amplitud La amplitud es la extensión máxima de la oscilación y se mide desde el punto más bajo hasta el punto más alto de la forma de onda. La amplitud está relacionada con la extensión del movimiento. Por otro lado, el valor RMS (Raíz Cuadrática Media) refleja la cantidad de energía contenida en esta vibración. El valor RMS es el parámetro más utilizado para medir la intensidad de la vibración. Frecuencia La frecuencia es el número de ciclos por segundo Hz (o por minuto CPM) de la vibración. Imaginemos un piano, cada nota corresponde a una frecuencia. Cuando presionas varias teclas se escucha un sonido compuesto. La frecuencia y amplitud de cada nota se suman para crear una señal compleja. Por lo tanto es importante tomar en cuenta que la vibración puede tener múltiples frecuencias y amplitudes que la componen y que obedecen a distintas causas. Piensa que una máquina posee tantas partes mecánicas como teclas tiene un piano. Cada parte mecánica tendrá su propia huella vibratoria. FFT La FFT (Transformada Rápida de Fourier) es un cálculo que descompone una señal en el dominio del tiempo en todas sus frecuencias. En un gráfico FFT es fácil identificar las frecuencias y amplitudes que conforman una señal.

Parámetros de medición Existen 3 parámetros básicos que se le miden a la vibración y la diferencia es la importancia que cada uno le da a las frecuencias. La Aceleración le da mayor importancia a las altas frecuencias. Es útil para ver el estado de los rodamientos y engranajes. La Velocidad le da igual importancia a altas y a bajas frecuencias. Es la base para medir la energía destructiva de la vibración y por lo tanto la unidad más importante. El Desplazamiento le da mayor importancia a las bajas frecuencias. Es útil para evaluar el desbalanceo dinámico, órbitas y ODS (simulación de las deformaciones en 3D). Observe los espectros a continuación. Pertenecen a la misma señal por lo tanto verá usted picos a las mismas frecuencias, pero con diferentes amplitudes en cada una. Observe como cambia la importancia que cada parámetro le asigna a las frecuencias.

Planes de mantenimiento El análisis de vibraciones en el mantenimiento correctivo tiene como objetivo diagnosticar y corregir un problema de vibración existente.

Por el contrario, en el mantenimiento predictivo el objetivo es predecir las fallas mediante la tendencia generada a través de las mediciones tomadas a lo largo del tiempo. ¿Se puede predecir una falla? – Mantenimiento Predictivo ¡Sí! o al menos en la mayoría de los casos. Hagamos una analogía. ¿Has llevado tu auto alguna vez al mecánico porque notaste un nuevo ruido, o bien porque un ruido que ya estaba se hizo más fuerte? Inconscientemente al llevarlo al mecánico estás haciendo un análisis predictivo. Sabes que si no llevas el auto al mecánico el auto eventualmente te dejará varado. Y esa es tu predicción. En el mantenimiento predictivo el principio es el mismo, pero a diferencia del auto, no siempre estamos cerca de las máquinas para poder escuchar los ruidos, además de que gran parte de estos son inaudibles. Para esto existen los analizadores, que con precisión te dirán qué amplitud tienen esos “ruidos” y como se comportan a lo largo del tiempo.

Mantenimiento Proactivo

El mantenimiento proactivo es una nueva tendencia que pretende, no sólo predecir que la máquina va a fallar, sino también especificar con exactitud la causa por la que va a fallar. Existen diversas formas de abordar el mantenimiento proactivo. La mayoría se basan en rastrear las frecuencias en particular del espectro responsables de que la vibración total esté aumentando. El problema es que un espectro normal puede estar conformado por 400 hasta 200,000 puntos y rastrear la tendencia de cada uno de esos puntos puede llegar a ser muy complicado y difícil de visualizar. Las Bandas de octavas son espectros FFT simplificados con un número estándar de líneas, usualmente entre 8 y 32. Sirven para poder rastrear el comportamiento a través del tiempo de cada sección de los espectros grabados. De esta manera se puede saber que componente de la máquina se está deteriorando con mucho mayor precisión.

Acelerómetros Inalámbricos La nueva era de la tecnología ha permitido que acelerómetros inalámbricos comuniquen con casi cualquier dispositivo como el teléfono móvil. A pesar del enorme ancho de banda que se requiere, el acelerómetro triaxial inalámbrico es capaz de enviar en tiempo real la vibración de 3 ejes simultáneamente. Estos sensores son incluso capaces de agregar un cuarto canal accesorio para referencia o balanceo.

La Nube en el análisis de vibraciones para el monitoreo continuo La nueva tecnología web y los avances en telecomunicaciones permiten ahora enviar los datos registrados en un Smartphone o en los dispositivos IOT a través de la nube para poderlos automatizar y compartir con los expertos analistas a distancia. De la misma manera, los datos de la nube nos permiten compartir la información con el cliente final para su toma de decisiones. El mantenimiento basado en la nube es ahora una tendencia al igual que en muchas otras áreas de nuestras vidas. Aprender ahora del análisis de vibraciones basado en la nube nos permitirá mantenernos a la vanguardia de las tecnologías que se aproximan. Algoritmos de aprendizaje Nuevos algoritmos de auto-aprendizaje de fallas en la maquinaria están ahora revolucionando el proceso del análisis de vibración. Estos programas tienen como objetivo aprender de las máquinas a las que están conectados. Posteriormente son capaces de predecir fallas basándose en la experiencia que adquieren sobre ésta. Estos sistemas reducen la carga de trabajo para los analistas permitiéndoles enfocarse en casos que lo ameriten.

Conclusiones El estudio de vibraciones es una disciplina que se empezó a estudiar hace casi 100 años y sólo se transformó propiamente en análisis de vibraciones hasta hace poco más de 4 décadas. A partir de ahí el análisis de las vibraciones ha evolucionado a la par de la tecnología digital. Es también una tecnología que se encuentra en continuo desarrollo y que continuamente presenta nuevos retos, tanto para los que la desarrollan como para los usuarios. La vibración se define como el movimiento oscilante que hace una partícula alrededor de un punto fijo. Este movimiento puede ser regular en dirección, frecuencia y/ o intensidad o aleatorio que es normal.

Por lo que cabe tener parámetros establecidos para la efectiva operación de máquinas, donde el operador se le haga cómodo la realización de sus actividades ,por cuestión de mal diseño y que se genere continuamente estas fluctuaciones constantes podría generar una deformidad en las cervicales del trabajador ,entonces es importante desde el diseño de la maquina a operar , en conjunto con el fabricante y al igual tener el equipo de medición necesario para saber cómo interactúan los rangos establecidos y si están en base a lo establecido.