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• Rene Galvez

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Edi Nataren Ruiz

Aplicación de la teoría de vibraciones Se denomina vibración a la propagación de ondas elásticas produciendo deformaciones y tensiones sobre un medio continuo (o posición de equilibrio). En su forma más sencilla, una vibración se puede considerar como un movimiento repetitivo alrededor de una posición de equilibrio. La posición de "equilibrio" es a la que llegará cuando la fuerza que actúa sobre él sea cero. Este tipo de movimiento no involucra necesariamente deformaciones internas del cuerpo entero, a diferencia de una vibración. 4.1. Medición de las vibraciones La medición y análisis de vibraciones es utilizado, en conjunto con otras técnicas, en todo tipo de industrias como técnica de diagnóstico de fallas y evaluación de la integridad de máquinas y estructuras. En el caso de los equipos rotatorios, la ventaja que presenta el análisis vibratorio respecto a otras técnicas como tintas penetrantes, radiografía, ultrasonido, etc., es que la evaluación se realiza con la máquina funcionando, evitando con ello la pérdida de producción que genera una detención. Las etapas seguidas para medir y/o analizar una vibración, que constituyen la cadena de medición, son: - etapa transductora, - etapa de acondicionamiento de la señal, - etapa de análisis y/o medición, - etapa de registro. El transductor es el primer eslabón en la cadena de medición y debería reproducir exactamente las características de la magnitud que se desea medir. Un transductor es un dispositivo electrónico que censa una magnitud física como vibración y la convierte en una señal eléctrica (voltaje) proporcional a la magnitud medida. Típicamente hay cuatro tipos de sensores o transductores de vibraciones: - Sensor de desplazamiento relativo sin contacto

Edi Nataren Ruiz - Sensor de desplazamiento relativo con contacto - Sensor de velocidad o velocímetro - Sensor de aceleración o acelerómetro Para la medición de vibraciones en el exterior de las máquinas y en las estructuras hoy en día se utiliza fundamentalmente los acelerómetros. El acelerómetro tiene la ventaja respecto al velocímetro de ser más pequeño, tener mayor rango de frecuencia, y poder integrar la señal para obtener velocidad o desplazamiento vibratorio. El sensor de desplazamiento se utiliza para medir directamente el movimiento relativo del eje de una máquina respecto a su descanso. 4.2. Análisis de vibraciones El objetivo del análisis de vibraciones es poder extraer el máximo de información relevante que ella posee. Para esto existen diferentes técnicas de análisis tanto en el dominio tiempo como en el dominio frecuencia, las cuales tienen sus propias ventajas para algunas aplicaciones en particular. A continuación se presenta algunas de las técnicas más utilizadas en la inspección de máquinas. •

Análisis espectral. La esencia del análisis espectral es descomponer la señal vibratoria en el dominio del tiempo en sus componentes espectrales en frecuencia. Esto permite, en el caso de las máquinas, correlacionar las vibraciones medidas generalmente en sus descansos, con las fuerzas que actúan dentro de ella.

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Análisis de la forma de onda El análisis de la forma de la vibración en el tiempo a veces puede proveer información complementaria al análisis espectral. Este análisis es adecuado para reconocer los siguientes tipos de problemas: •

Impactos

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Rozamientos intermitentes

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- Modulaciones en amplitud y frecuencias

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- Transientes

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- Truncaciones.

Análisis de fase de vibraciones.

Se puede definir la diferencia de fase entre dos vibraciones de igual frecuencia como la diferencia en tiempo o en grados con que ellas llegan a sus valores máximos, mínimos o cero. El análisis de diferencias de fase a la velocidad de giro de la máquina entre las vibraciones horizontal y vertical o entre las vibraciones axiales de los diferentes descansos del sistema motor-máquina, permite determinar los movimientos relativos entre ellos, y diferenciar entre problemas que generan vibraciones a frecuencia 1xrpm. -Desbalanceamiento - Desalineamiento - Eje doblado - Resonancia - Poleas excéntricas o desalineadas. 4. Análisis de los promedios sincrónicos en el tiempo. Esta técnica recolecta señales vibratorias en el dominio tiempo y las suma y promedia sincrónicamente mediante un pulso de referencia repetitivo. Las componentes sincrónicas al pulso se suman en el promedio y las no sincrónicas disminuyen de valor con el número de promedios.

Edi Nataren Ruiz 5. Análisis de órbitas. Combinando dos señales vibratorias captadas por sensores ubicados relativamente entre ellos a 90º (vertical y horizontal) en un descanso de la máquina se puede obtener el movimiento del eje en el descanso o su órbita. 6. Análisis de demodulaciones. El análisis de demodulaciones en amplitud consiste en analizar la envolvente de la señal temporal de una señal modulada. Estas modulaciones y análisis permite determinar más fácilmente la periodicidad de las diagnosticar problemas tales como: - Rodamientos picados - Engranajes excéntricos o con dientes agrietados - Deterioro de álabes en turbinas 7. Análisis de vibraciones en partidas y paradas de una máquina. Existen ciertos problemas que son más fáciles de diagnosticar durante el funcionamiento transiente (partidas/paradas) que durante el funcionamiento estacionario de la máquina. Es el caso de los problemas que generan vibraciones cuyas frecuencias son función de la velocidad de la máquina. Al disminuir ésta, dichas componentes van disminuyendo en acorde, por lo que en algún momento coinciden con alguna frecuencia natural de ella y son amplificadas, evidenciando en ese instante en forma más clara el problema. 8. Transformadas tiempo-frecuencia. El análisis espectral es adecuado para analizar vibraciones compuestas de componentes estacionarias durante su período de análisis. Esto indica qué efectos transientes de la vibración son promediados en el período de análisis, perdiéndose información sobre la naturaleza o forma de estas variaciones.

Edi Nataren Ruiz Las transformadas tiempo-frecuencia son análisis tridimensionales amplitudtiempo-frecuencia, es decir, se agrega una nueva dimensión (el tiempo). 4.3. Diagnostico de vibraciones El diagnóstico móvil de vibraciones representa una variante altamente eficiente de la evaluación del estado de las máquinas. Mediante este servicio pueden reconocerse a tiempo modificaciones en el comportamiento de servicio 4.4. Balanceo de rotores. Balance. El balance es la técnica de corregir o eliminar fuerzas o momentos generadores de perturbaciones vibratorias. El desbalance es una de las fuerzas que causan problemas en rotores y máquinas rotativas. Si una máquina está desbalanceada presenta altos niveles de vibración, ruido y desgaste perjudiciales, que afectan la resistencia a la fatiga de la máquina. Rotor Rígido. Un rotor rígido es el que no presenta una deformación significativa a su velocidad de funcionamiento. Un rotor rígido se puede corregir con la aplicación de no más de dos masas de corrección, y después de la corrección mantendrá su balance en un rango de velocidades hasta su duración de vida máxima. Rotor Flexible Es aquel que, dependiendo de las revoluciones y de la situación de su alojamiento, varía su estado de equilibrado. En muchos rotores, los momentos de internos actúan en los planos extremos y esta actuación aumenta en proporción al cuadrado de la velocidad y flexionan enormemente el rotor dependiendo de las fuerzas elásticas que son proporcionales a su flexión. No

Edi Nataren Ruiz existe una flexión única del rotor sino que ésta varía en dependencia de la gama de revoluciones a la que gira. Balanceo estático. Este se hace si existe una condición que cuando el centro de masa no está sobre el eje de rotación, puede ser también explicada como la condición cuando el eje principal de inercia es paralelo al eje de rotación. El desbalance estático por si mismo es típicamente medido y corregido sobre partes en forma de disco muy estrechas como un “frisbee”. Para corregir el desbalance estático se requiere solo una corrección. La cantidad de desbalance es el producto del peso por el radio. Este tipo de desbalance es un vector, y por eso, debe ser corregido con un peso conocido en un ángulo particular. El balanceo dinámico Es el arte de compensar y redistribuir masas, por el efecto producido por descompensación de las masas producidas por errores en la fabricación o el maquinado en máquinas rotativas. 4.5. Registro y análisis de vibraciones Para registrar vibraciones son necesarios los siguientes elementos y equipos: 1) Un sistema captador analógico que transforme la aceleración de la pieza que está sometida a vibración en una señal eléctrica analógica. El elemento que realiza esta función es el acelerómetro. Normalmente se utilizan dos acelerómetros montados en dos direcciones ortogonales, aunque también a veces se suelen colocar en la misma dirección según lo que se pretenda medir. 2) Un equipo para registrar la señal y grabar la misma en un soporte físico como puede ser cinta magnética o disquete de ordenador en código ASCII, con al menos la posibilidad de grabación de dos canales independientes el uno del otro para las dos señales de los acelerómetros.

Edi Nataren Ruiz 3) Un microprocesador que calcule la transformada de Fourier de las señales captadas por los acelerómetros y grabadas en el soporte físico para obtener el espectro de frecuencias. Normalmente los equipos 2) y 3), es decir el equipo de grabación y el microprocesador de análisis, vienen ya en un mismo equipo que se denomina Analizador Espectral de Señales. 4) Un ordenador para poder estudiar los espectros grabados mediante el análisis numérico de los mismos.

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