ANALISIS DE LAS VIBRACIONES JUAN FRINTA DANIEL NIÑO DIEGO GARCIA

MANTENIMIENTO PREDICTIVO. El mantenimiento predictivo es una técnica para pronosticar el punto futuro de falla de un componente de una maquina, de tal forma que dicho componente pueda reemplazarse, con base en un plan, justo antes de que falle.

TÉCNICAS APLICADAS AL MANTENIMIENTO PREDICTIVO Existen varias técnicas aplicadas para el mantenimiento preventivo entre las cuales tenemos las siguientes: Análisis de vibraciones. Análisis de lubricantes. Análisis por ultrasonido. Termografía. Análisis por árbol de fallas. Análisis FMECA.

ANALISIS DE VIBRACION 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 equipos rotatorios, la ventaja que presenta el análisis vibratorio respecto a otras técnicas como tintas penetrantes, ultrasonido, etc., es que la evaluación se realiza con la máquina funcionando, evitando con ello la pérdida de producción que genera una detención.

TECNICAS DE ANALISIS 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. 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.

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 Rozamientos intermitentes Modulaciones en amplitud y frecuencias Transientes 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 1x rpm: Desbalanceamiento Desalineamiento Eje doblado Resonancia Poleas excéntricas o desalineadas

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 (1). En la siguiente figura se muestra vibraciones medidas en la tercera prensa de una máquina papelera. Se observa utilizando la técnica de promedios sincrónicos en el tiempo la contribución a la vibración global del rodillo superior y el fieltro. Esto permite determinar en forma más fácil el origen de las diferentes componentes vibratorias.

Análisis de Orbitas. 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.

Análisis de Demodulaciones. El análisis de demodulaciones en amplitud consiste en analizar la envolvente de la señal temporal de una señal modulada. Este análisis permite determinar más fácilmente la periocidad de las modulaciones y diagnosticar problemas tales como: Rodamientos picados Engranajes excéntricos o con dientes agrietados Deterioro de álabes en turbinas Problemas eléctricos en motores

Análisis de Vibraciones en Partidas y Paradas de una Máquina. Existen ciertos problemas que son más fáciles de diagnosticar durante el funcionamiento de la maquina, que en un estado estacionario. 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.

Para esto se analiza los gráficos de la amplitud y fase de algunas componentes vibratorias en función de la velocidad de rotación de la máquina. Estos gráficos se denominan a veces gráficos de Bodé. Otro gráfico que también se utiliza para este análisis es el diagrama en cascada. Este gráfico tridimensional muestra espectros vibratorios para diferentes velocidades de rotación de la máquina.

Transformadas tiempo-frecuencia Esto se consigue con las distribuciones o transformadas tiempo-frecuencia. Las transformadas tiempo-frecuencia son análisis tridimensionales amplitud-tiempo-frecuencia, es decir, segrega una nueva dimensión (el tiempo) a la clásica FFT.

NORMATIVA EXISTENTE EN EL ANALISIS DE VIBRACIONES Respecto a las máquinas rotatorias. La normativa actual existente da criterios de evaluación de la severidad vibratoria respecto a: La condición operacional de la máquina Ensayos de aceptación de máquinas. ISO 10816-1. "Las vibraciones mecánicas. Evaluación de las máquinas por medio de mediciones de las vibraciones de piezas no giratorias”. Establece los parámetros a medir, procedimientos, instrumentación y condiciones de operación recomendada para tomar las mediciones. Para las máquinas con descansos hidrodinámicos, que es el caso en general de máquinas críticas grandes, esta normativa ISO 10816 es complementada con el estándar ISO 7919-1: " Las vibraciones mecánicas de las máquinas no reciprocantes. Medición de ejes giratorios y los criterios de evaluación”.

Respecto a máquinas con movimiento alternativo   En el caso de máquinas con movimiento alternativo los estándares existentes para evaluar la severidad de sus vibraciones tienen objetivos diferentes que para el caso de las máquinas rotatorias. ISO 10816-1. "Las vibraciones mecánicas. Evaluación de las máquinas por medio de mediciones de las vibraciones de piezas no giratorias”. Parte 6: Máquinas Reciprocantes con potencia por encima de 100 kW". La normativa evalúa la severidad vibratoria no para considerar el efecto sobre la máquina misma, sino que considera el efecto que ella tiene en elementos montados sobre la máquina (bombas, intercambiadores de calor, instrumentos, etc.) y los conectados a ella (tuberías, fundaciones, etc.).

Respecto a las estructuras Existen normativas al respecto, tales como ASA 95-1990 ó ANSI S2.47: "American National Standard. Vibraciones de los edificios. Directrices para la medición de vibraciones y evaluación de sus efectos en los edificios”. Esta normativa es solamente cualitativa. Indica los diferentes factores como los diferentes tipos de estructuras o edificios existentes, las magnitudes y métodos de medición que pueden ser usados y los diferentes procedimientos de cálculo a utilizar para evaluar las vibraciones medidas. El hecho de que la normativa sea solo cualitativa es a razón de que en las estructuras, las dimensiones relativas en las tres direcciones pueden variar grandemente.

Respecto a las personas La norma más importante y ampliamente conocida es la norma ISO 2631: "Vibraciones mecánicas y choques. Evaluación de la exposición humana a las vibraciones transmitidas al cuerpo entero”.  Este estándar define y da valores numéricos para los límites de exposición a los que puede estar sometido un ser humano. Estos límites establecen valores que permiten cuantificar diferentes efectos de las vibraciones sobre el individuo: Daño en la salud o seguridad de las personas. Disminución de la eficiencia en el trabajo. Disminución del confort de la persona. Esta norma se utiliza para evaluar la severidad vibratoria la aceleración RMS entre 1 y 80 (Hz). Limita el nivel vibratorio de acuerdo a la frecuencia de la vibración. Los valores más bajos corresponden a los rangos de frecuencia donde se encuentran las frecuencias naturales de vibrar de los diferentes órganos del ser humano. Por ejemplo, la frecuencia natural longitudinal (de cabeza a pies) de un ser humano se considera que está entre 4 y 8 (Hz). Las transversales (espalda a pecho y de derecha a izquierda) están entre 1 y 2 (Hz).

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Bibliografía Saavedra, P. Análisis de vibraciones nivel II. Facultad de Ingeniería. Universidad de Concepción. Chile (1997). http://www.aaende.org.ar/sitio/biblioteca/material/CONFCHILE.pdf Revista facultad de ingeniería universidad de Antioquia. Medellín. Abril/Junio 2007. No.40. ISSN 0120-6230.

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