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Analisis de vibraciones - tipos de medidas para las vibraciones mecanicas



Vibración (definición)
La vibración es el movimiento de vaivén de una maquina o elemento de ella en cualquier dirección del espacio desde su posición de equilibrio. Generalmente, la causa de la vibración reside en problemas mecanicos como son: desequilibrio de elementos rotativos; desalineación en acoplamientos; engranajes desgastados o dañados; rodamientos deteriorados; fuerzas aerodinamicas o hidraulicas, y problemas eléctricos.
Estas causas como se puede suponer son fuerzas que cambian de dirección o de intensidad, estas fuerzas son debidas al movimiento rotativo de las piezas de la maquina, aunque cada uno de los problemas se detecta estudiando las características de vibración.

En las vibraciones mecanicas: La vibración es una oscilación perceptible y medible en la superficie de la maquina, elementos y/o cimientos.
Las vibraciones mecanicas sólo pueden ocurrir cuando las masas se mueven.


Estas masas pueden ser partes rotativas u oscilantes.

En toda maquina hay vibraciones, el cambio del nivel de vibraciones indica cambio en las condiciones, lo que usted puede oír es sólo una parte de la historia, el analisis de las vibraciones pueden ayudar a detectar una amplia variedad de condiciones para la falla.
Tipos de vibraciones mecanicas:

Generalmente las vibraciones en maquinaria son de dos tipos:
Rotativas:
Son las vibraciones que se generan en aquellas maquinas cuyas partes o elementos móviles rotan alrededor de un eje como un Ventilador, Motor Eléctrico, etc.
Reciprocantes:
Son las vibraciones que se generan basicamente en dos tipos de maquinas: Motores deCombustión Interna y Compresores de Embolo.



Tipos de medidas para las vibraciones mecanicas:

Son tres las unidades de magnitud que comúnmente se usan para darle valor a la amplitud de la vibración:
•Desplazamiento
•Velocidad
•Aceleración

Características

Las características mas importantes son: frecuencia, desplazamiento, velocidad, aceleración, spike energy (energía de impulsos).
La frecuencia es una característica simple y significativa en este analisis. Se define como el número de ciclos completos en un período de tiempo. La unidad característica es cpm (ciclos por minuto). Existe una relación importante entre frecuencia y velocidad angular de los elementos rotativos. La correspondencia entre cpm y rpm (ciclos por minuto-revoluciones por minuto) identificara el problema y la pieza responsable de la vibración. Esta relación es debida a que las fuerzas cambian de dirección y amplitud de acuerdo a la velocidad de giro. Los diferentes problemas son detectados por las frecuencias iguales a la velocidad de giro o bien múltiplos suyos. Cada tipo de problema muestra una frecuencia de vibración distinta.



La amplitud de la vibración indica la importancia, gravedad del problema, esta característica da una idea de la condición de la maquina. Se podra medir la amplitud de desplazamiento, velocidad o aceleración. La velocidad de vibración tiene en cuenta el desplazamiento y la frecuencia, es por tanto un indicador directo de la severidad de vibración. La severidad de vibración es indicada de una forma mas precisa midiendo la velocidad, aceleración o desplazamiento según el intervalo de frecuencias entre la quetiene lugar, así para bajas frecuencias, por debajo de 600 cpm, se toman medidas de desplazamiento. En el intervalo entre 600 y 60.000 cpm, se mide velocidad, y para altas frecuencia, mayores a 60.000 cpm, se toman aceleraciones.

La velocidad es otra característica importante en la vibración, graficamente se puede ver en la figura 1.


Se mide la velocidad de pico mayor de todo el recorrido que realiza el elemento al vibrar. La unidad es mm/s. El cambio de esta característica trae consigo un cambio de aceleración. La velocidad tiene una relación directa con la severidad de vibración, por este motivo es el parametro que siempre se mide. Las vibraciones que tienen lugar entre 600 y 60.000 cpm se analizan teniendo en cuenta el valor de la velocidad.

La aceleración esta relacionada con la fuerza que provoca la vibración, algunas de ellas se producen a altas frecuencias, aunque velocidad y desplazamiento sean pequeños En la figura 2, se puede ver la aceleración de vibración.



El spike energy o energía de impulsos proporciona información importante a la hora de analizar vibraciones. Este parametro mide los impulsos de energía de vibración de breve duración y, por lo tanto, de alta frecuencia.
Pueden ser impulsos debidos a: Defectos en la superficie de elementos de rodamientos o engranajes. Rozamiento, impacto, contacto entre metal-metal en maquinas rotativas. Fugas de vapor o de aire a alta presión. Cavitación debida a turbulencia en fluidos.
Sin este parametro es muy difícil detectar engranajes o rodamientos defectuosos. Con esta medida se encuentran rapidamente las vibraciones a altas frecuencias provocadaspor estos defectos. El valor de spike energy es basicamente una medida de aceleración, pero tiene como unidad g-SE.


Analisis
Las maquinas con problemas fallaran en cualquier momento, provocando errores de fabricación, pérdida de tiempo y vibraran de manera característica.
Si medimos y analizamos la vibración, podremos detectar los problemas o fuentes de los problemas con suficiente tiempo para actuar y adelantarnos a que una falla ocurra.
El analisis de vibraciones ayuda a diagnosticar problemas en el equipo de trabajo antes de que ocurra algún fallo catastrófico y ofrece importantes ventajas
Gran reducción en los costos de mantenimiento no planeado. (mantenimiento correctivo)
Altas reducciones en inventario de partes de repuesto al tener un mejor conocimiento del estado de la maquinaria.
Reducción en las ordenes de trabajo de emergencia y tiempo extra.
Reparaciones mas eficientes y reducción de costes de mantenimiento.
Incremento en la capacidad de producción, debido a menos rechazos por fallas en el equipo ocasionadas por excesiva vibración.
Mejores condiciones de seguridad, al no forzar a las maquinas a trabajar hasta el punto de fallar.
La esencia del estudio de vibraciones es realizar el analisis de las mismas. El analisis de datos consta de dos etapas: adquisición e interpretación de los datos obtenidos al medir la vibración de la maquina. El fin a alcanzar es determinar las condiciones mecanicas del equipo y detectar posibles fallos específicos, mecanicos o funcionales.


La adquisición de datos es el primer y principal paso a dar para hacer un analisis de vibraciones. Los datos a tomar,desplazamiento, velocidad o aceleración dependeran de la velocidad de la maquina, de acuerdo con su relación equivalente de frecuencia (rpm=cpm). Así, para bajas rpm, (bajos cpm), se tomaran datos de desplazamientos. Para velocidades que estén dentro del orcen de 600 y 60.000 rpm, se mediran velocidades. Y para los que sean de orden superior, los datos a tomar seran aceleraciones.

Pasos a seguir en la adquisición de datos

1. Determinación de las características de diseño y funcionamiento de la maquina, como son: velocidad de rotación de la maquina, tipo de rodamiento, engranaje y condiciones del entorno en que esté situada como es el tipo de apoyo, acoplamientos, ruido, etc. También habra que tener en cuenta las condiciones de funcionamiento como velocidad y cargas entre otras que normalmente afectaran a las mediciones de vibración.

2. Determinación de la finalidad de la vibración que podra incluir:
Medidas de rutina para detectaren un momento determinado un posible fallo y determinar las causas que lo originan. Medidas para crear un histórico de datos y con él obtener un valor de base, sobre el que estara el valor de vibración que deba tener la maquina cuando sus condiciones de trabajo sean normales. Toma de datos antes y después de una reparación, la medida de antes pondra de manifiesto el problema, elemento defectuoso y sera mas eficaz así su reparación. Después de la reparación se tomaran medidas que indiquen la evolución del elemento sustituido o la corrección del defecto existente.

3. Selección de los parametros de medición:
Desplazamiento, velocidad, aceleración, spike energy. Ellos determinaran eltransductor a utilizar.

4. Determinación de posición y dirección de las medidas con los transductores, la vibración se tomara generalmente en rodamientos de la maquina o puntos donde sea mas probable un fallo por acoplamiento, equilibrio, puntos donde se transmitan las fuerzas vibratorias. Los tres sentidos principales en una medición son horizontal, vertical y axial. Sentidos radiales son horizontal y vertical, y se toman con eje del transductor a 90º respecto al eje de rotación.

5. Selección del instrumento de medición y transductores.

6. Determinación del tipo específico de datos requeridos para la interpretación de las medidas realizadas. Así se ahorrara tiempo a la hora de realizar las medidas y se obtendra de estas, información mas útil en el analisis. Los datos obtenidos pueden ser: valores de magnitud total, espectro de frecuencias amplitud-frecuencia que indica el tipo de problema existente, amplitud-tiempo para vibraciones transitorias rapidas o vibraciones muy lentas, spike energy en rodamientos, engranajes y problemas de cavitación.

7. Toma de datos. Paso esencial en el analisis, precisa de atención y fiabilidad de las medidas tomadas.

A la hora de la adquisición de datos es importante tener en cuenta

• Secuencias de medición, tomar datos correctos y lo mas rapido posible, evitan tiempo perdido.
• Lugar de toma de datos siempre sera el mismo, con el transductor unido de una forma firme, para la veracidad de los datos.
•Seguimiento de la maquina, es decir, mantener un contacto con los operarios que trabajan con ella y los de mantenimiento, ellos seran las personas que conocen de cerca lamaquina.
• Controlar el entorno exterior de la maquina, aspecto, ruido, etc
• Atender tendencias inesperadas. Estar preparado para tomar mas datos, medidas cuando pueda haber signos de algún problema.
• Mantener sólo datos coherentes, tomados con precisión.
• Comparar con maquinas similares y en igual forma de trabajo.
Por tanto, se puede decir que la toma de datos es un paso esencial para un buen analisis de vibraciones. Para una buena interpretación de los datos es necesario tener unos datos fiables que hayan sido tomados de una forma metódica y precisa. Así podra hacerse un diagnóstico de algún problema lo mas exacto posible.




Sensor de aceleración:

Proporciona directamente la medida de la aceleración de la vibración.
Compuesto por dos discos piezoeléctricos ceramicos precargados con por una masa sísmica. De esta forma los discos constituyen el resorte del sistema Masa-Resorte.
Al vibrar la masa sísmica impone una fuerza alternativa en los discos y estos a su vez originan una carga eléctrica alternativa
La carga es proporcional a la aceleración de la vibración y se convierte en tensión mediante un amplificador de carga.




Puntos y direcciones de medidas

Las mediciones de vibración deben ser tomadas sobre los rodamientos, carcasas que soportan los rodamientos, o en alguna parte de la maquina que posea una significativa transmisión de las fuerzas dinamicas que se generan por la vibración.
Es necesario tomar mediciones en Tres direcciones perpendiculares como lo son: Horizontal, Vertical y Axial




Formas de montar sensores






¿Cuanta vibración es aceptable?

Ladefinición adecuada de los niveles límites aceptables es uno de los factores claves en la configuración de todo programa de inspección de maquinaria industrial, los llamados niveles de advertencia y alarma son los elementos que nos ayudan a identificar la salud global de un determinado equipo, ellos indican la necesidad o no de profundizar en el analisis de la condición de la maquina monitoreada.







Medidores de vibración:




Listado de precios de equipos:

Equipos
US / EURO
PESO
Commtest VB1000
US $7,492.00
$13,642,932.00
Digivibemx 100
US $4,290.00
$7,812,090.00
Fluke 810 Analizador de vibraciones
8359 EUR
$19,765,925.20
810S Sensor
1334 EUR
$3,154,413.71
810T Tachometer
111 EUR
$262,473.70
810QDC Quick Disconnect Cable
126 EUR
$297,943.12
810SMM Sensor Magnet Mount
178 EUR
$420,903.78
SBP-810 Smart Battery Pack
226 EUR
$534,405.92
Fluke-810SC-20 SENSOR CABLE, 20 FT
121 EUR
$286,119.98
Fluke-810PA AC Power Adapter with International Plug Set
72 EUR
$3,298,656.02


Conclusiones:
El analisis de vibraciones para la monitorización de la condición de la maquinaria es el hecho de tomar lecturas de vibración y compararlas con un nivel de alarmas prefijado. La parte mas esencial y dificultosa de la implantación de un programa de mantenimiento predictivo es recopilar la información técnica referente a las maquinas, definir las condiciones de medida, recoger buenos datos de vibración que sean repetibles en el tiempo y establecer los puntos de partida. Luego, deberemos gestionar toda esta información en una base de datos e incluir históricos de reparaciones y sustituciones.





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