Vibraciones mecánicas

Archivo con conceptos básicos sobre vibraciones mecánicas, causas e instrumentos para su medicion

1. Vibraciones mecánicas
ING. LUIS HUMBERTO BOLIVAR MORENO

2. Introducción
Cadamáquinarotativapresentaunavibracióncaracterística
queladiferenciadeformaúnica,yseconocecomúnmente
como firmadevibración.Estaseñalestátotalmente
condicionadaporsudiseño,fabricación,usoydesgastedecada
unodesuscomponentes.Sielmecánicooingenierode
mantenimientoalcargodeunequipoindustrialinviertesutiempo
yesfuerzoenconocerlanaturalezadelavibraciónqueesta
presenta,notardarámuchotiempoenlograrunimportante
ahorrodecostesdeoperaciónymantenimiento.

3. Introducción
Latécnicadeanálisisespectraldevibracioneseslatécnicamás
extendidaeneldominiodelmantenimientopredictivoparala
deteccióndefallosenmáquinas.Estosedebealampliorango
deproblemasdetectablesyalaclaridadconlaquese
identifican.Estecursovadirigidoatodosaquellosquequieran
iniciarseenelanálisisdevibracionesorecordaralgunas
cuestionesdebase.

4. ¿Qué es una vibración?
Entérminosmuysimplesunavibraciónesunmovimiento
oscilatoriodepequeñaamplitud.Todosloscuerpospresentan
unaseñaldevibraciónenlacualplasmancadaunadesus
características.Deacuerdoaesto,lasmáquinaspresentansu
propiaseñaldevibraciónyenellaseencuentrala
informacióndecadaunodesuscomponentes.Portanto,
unaseñaldevibracióncapturadadeunamáquinase
componedelasumadelavibracióndecadaunodesus
componentes.

5. ¿ Por qué realizamos análisis de vibraciones?
Las máquinas con problemas fallan ocasionando:
Daños secundarios.
Tiempos muertos.
PRÁCTICAS DE MANTENIMIENTO.

6. Si medimos la vibración:
Buscamos patrones.
Buscamos variaciones.
Detectamos problemas con suficiente tiempo y actuar adecuadamente.
Desbalance, daños en rodamientos y su severidad.
Reducción de costos.
Mejorar tiempos de producción.

7. Malas técnicas de mantenimiento.
Mala mesa de diseño.
Mala instalación, ensamble o construcción.
¿ Por qué fallan las máquinas?

8. Cuatro etapas para la detección de problemas:
1.Detección:
Es verificar que máquinas tienen problemas.
2.Análisis:
Mediante estudio de espectros, formas de onda, tendencias y comparación histórica,
es posible detectar que problema existe y que tan severo es.

9. 3.Análisis de causa raíz:
Es determinar que es lo que generó la condición de falla del
equipo y realizar las recomendaciones y cambios necesarios
evitando que el problema se repita.
4.Verificación:
Cuandolamáquinahasidoreparadadebemostomarmediciones
adicionalesparagarantizarqueelproblemafuereparado
adecuadamente.

10. Movimiento armónico simple
M
T
(1 ciclo)
Tiempo

11. Amplitud.
Es la severidad de la vibración, equivale a la altura de los ciclos.
Amplitud “Pico –a –Pico”
La amplitud pico a pico es la magnitud medida desde la parte inferior
hasta la parte superior del pico.

12. Amplitud “Pico”
La amplitud pico es la magnitud medida desde cero hasta la parte
superior del pico (ó inferior).
Para gráficas puramente sinusoidales.

13. Amplitud RMS
Raíz Cuadrática Media o RMS
Áreas iguales

14. Escala de factores
Cuando secomparan las
señalesdevibraciónglobal,es
importantequeestassean
medidasenelmismorangode
frecuenciayconlamisma
escaladefactores.
PEAK-PEAK
PEAK
RMS

15. RMS. “Raíz cuadrática media”
En el caso de una sinusoidal pura el valor RMS es de 0.707 veces el
valor pico.
La amplitud de la vibración siempre están dadas como niveles RMS,
Pico ó Pico –a –Pico.

16. Combinación de fuentes
0
+
-
0
+
-
0
+
-

17. 0
-
+
Tiempo
Laformadeondacontienetodaslas
diferentesfrecuenciasmezcladas.
Forma de Onda

18. Período y frecuencia.
Período.
Es el intervalo entre dos puntos equivalentes de una onda.
Frecuencia.
Es el número de repeticiones o períodos por unidad de tiempo.
La frecuencia es el inverso de período.

19. Generalmente la frecuencia se describe en CiclosPorMinuto(CPM)
La frecuencia en ciclos por minuto es 60 veces el valor de la
velocidad en Hertz (Hz) ó ciclos por segundo.

20. Amplitud y Frecuencia
Lafrecuenciadelavibraciónindicala
fuentepotencialdelproblema,también
‘quetanfrecuente’serepiteelproblema
porsimismo.Laamplituddelavibración
indicalaseveridaddelproblema.
Amplitud
Frecuencia

21. Velocidad y la forma de onda.
Con forme aumenta la velocidad, la frecuencia aumenta de igual forma
ya que es directamente proporcional.

22. Desplazamiento, Velocidad, Aceleración
Desplazamiento:Eselcambioendistanciaoposición
deunobjetorelativoaunareferencia.
Velocidad:Lavariacióndeldesplazamientocon
respectoaltiempo.
Aceleración:Eslavariaciónconrespectoaltiempo.

23. Relación entre las unidades de medición
Aceleración
(altas frec.)
Velocidad
(propósito general)
Desplazamiento
(bajas frec.)
600
cpm
600,000
cpm
FRECUENCIA
Hz
AMPLITUD
(mils, in/sec. ,g’s)

27. Unidades de medición
Desplazamiento: Mils o Micras
Velocidad: in/sec. o mm/sec.
Aceleración: G’s o Ft/sec. o m/sec.

28. Escala de factores
Cuandosecomparanlasseñalesdevibraciónglobal,
esimportantequeestasseanmedidasenelmismo
rangodefrecuenciayconlamismaescalade
factores.
PEAK-PEAK
PEAK
RMS

29. Desbalance
Lafuerzacreadaporuncuerporotatorio
cuandosucentrodemasasedesplaza
desucentroderotación.
Centro de Masa = Centro de Rotación
Rotación
Punto Pesado
Centro de Masa Línea de Centro

30. Desbalance
Aparicióndela1Xpredominanteenelespectro
alavelocidaddeoperacióndelequipo.

31. Desalineación
Eldesalineamientoesunacondiciónenlaqueloscentrosgeométricos
dedosomasejesacopladosnocoinciden.
Encasitodaslascondicionesdedesalineamientosepresentauna
combinacióndeambostiposdedesalineamiento.
Desalineación Angular
Desalineación Paralela

32. Desalineación Angular
Sedacuando losejesse
encuentranenalgúnpuntoperono
estánparalelos.

33. Se da cuando los centros de línea
están paralelos pero no coinciden.
Desalineación Paralela

34. Causas de Desalineamiento
Mal ensamble de componentes.
Desplazamiento relativo entre componentes después del
ensamble.
Deflexión de componentes por tuberías o soportes flexibles
Expansión térmica.
Mal maquinado de acoples.
Problemas de pata coja o tornillos sueltos o flojos.

35. Excentricidad
Se da cuando el centro de rotación esta desplazado del
centro geométrico en una polea, piñón, rodamiento o
rotor. Los síntomas son muy similares al desbalance.
En maquinas de trasmisión por bandas, existirá vibración a
1X en ambos componentes, sin embargo, por la diferencia
de velocidades, dichos picos estarán a diferentes
frecuencias.

36. Esteproblemapuedeserverificadoquitandolasbandasy
luegoretomandolasmedicionessolamentedelmotor.
Excentricidad

37. Solturas Mecánicas
Estetipodesolturasmecánicaescuandoporsoltura
odebilitamientodelaspatas,placabaseo
cimentacióndelamáquina,tambiénpuedeser
causadoporelgroutdeteriorado,tornillosdefijación
sueltosenlabaseoporexcesodepatasuave.

38. Solturas Mecánicas
Estetipodesolturasmecánicaescausadageneralmentepor
aflojamientoosolturaenlostornillosdesujeciónde
chumacerasdeapoyo,grietasenlaestructuradeapoyoo
grietaenlospedestales.

39. Estetipodesolturasmecánicanormalmente
ocasionadaporuncontactoinapropiado
entreloscomponentes deunrotor
ocasionandomúltiplesarmónicosdebidoa
larespuestanolinealdeloscomponentes
sueltoshacialasfuerzasdinámicas
provenientesdelrotor.
Solturas Mecánicas

40. Eje Doblado
Lacondicióndeejedobladooflexionado
generarávibracióndominante1Xenaxial,
sinembargo,tambiénsepresentaráun
componentea2Xporlatorsióndeleje.

41. Problemas en Rodamientos

42. Rodamientos Torcidos
Estaesunacondiciónqueseconsidera
comounaformadedesalineamiento,
generavibraciónconsiderableen
sentidoaxialmostrandopicoselevados
a1X,2Xy3X.
Debidoalaaltavibraciónaxial,
tambiénpodráconfundirseconun
problemadedesalineamientoocon
desbalance deunamaquina en
cantiléver.Lapresenciadearmónicosa
2Xy3Xindicaranlapresenciadeun
rodamientotorcido.

43. Las nueve etapas de falla en rodamientos
Daño en la pista Interna.
Daño en la pista Externa.
Daño a paso de elementos rodantes.
Daño a paso de jaula.

46. Primera Etapa
Enlaprimeraetapa,lasfrecuenciasseencuentranenel
rangode20a60KHzyprobablementemas.
Enestaetapaesnormalenlaoperacióndelrodamiento
ynohayquealarmarse.

47. Segunda Etapa
Ahorapodemos observarlosdañosparaqueel
rodamientoresuenecomocampana asufrecuencia
natural.Estaseñalactúatambiéncomounaportadora,
modulandolafrecuenciadefallodelcomponentecon
elproblema.

48. Tercera Etapa
Ahoracomenzamos averlapresenciadefrecuencias
defallo.Primeroveremossolamentelasfundamentales
porsisolos.Paraesteejemplosemuestralapista
interna.
Conformeeldañosehacemayor,laamplituddelpico
deBPFIaumentará.
Debemosaclararquelosrodamientosnosiempre
muestranlospatronesclásicosdedegradación.Los
patronesdedañopuedenaparecerydesaparecer
entrelasmediciones.

49. Cuarta Etapa
Conformeeldañosehacemayor,lasfrecuenciasdefallo
comenzaránagenerarpicosarmónicos.Estoindicaque
yaseestándandoimpactos.
Hayocasionesenlasquelosarmónicosaparecerán
antesquelasfrecuenciasfundamentalessevean.Porlo
consiguientebusquecualquierpiconoarmónicoy
verifiquesimuestraarmónicosdeesepico.

50. Quinta Etapa
Conformelosdatossehacenmayoreslosnivelesde
vibraciónaumentarányapareceránmasarmónicos.
Tambiénapareceránbandaslaterales,dependiendode
lanaturalezadeldaño,Losimpactosseránmas
pronunciados.

51. Sexta Etapa
Ahoralaamplitudde1Xaumentaráytendremos
armónicosde1X.Estopuedeatribuirseenlasholguras,
productodelosdaños.

52. Séptima Etapa
Paraestaetapalasfrecuenciasfundamentalesdefalloy
susbandas lateralessonremplazadas por
acumulacionesenelespectroestosedebeala
cantidadderuidooenergía.Enestaetapapodríaoírel
rodamientosiseparamuycercadelamáquina.
Asímismonotamosquelatendenciadelasmediciones
aaltafrecuenciacomienzaadisminuir.Siustedtoma
medicionesultrasónicasyobservaquelatendencia
decaenosealegre,porlocontrario,tómenseun
momentoparasolicitarlosnuevosrodamientos.

53. Octava Etapa
Lascosasseestánponiendofeas,las
acumulacionesdeenergíaaumentan la
cantidaddearmónicosysusamplitudesy
masimportanteahoratenemoselefectode
pisoelevadoentodooenvariassecciones
delespectro.Ahorapuedeescucharel
rodamiento,!Eltiemposeacaba!

54. Novena Etapa
Muybienseloadvertimos.Enelespectroahoraestará
planoporquelamáquinayanoestaenoperación.

63. Resonancia
Laresonanciaocurrecuandounafrecuenciaforzante,
comoeldesbalanceoeldesalineamiento,etc.Coincide
conlafrecuencianaturaldelsistemaypuedecausar
amplificacionessustancialesenlosnivelesdevibración,las
cualespuedenserocasionadasenfallasprematuraso
catastróficas.

66. Resonancia
Laresonanciaocurrecuandounafrecuenciaforzante,en
estecasoserialasbandas.Coincideconlafrecuencia
naturaldelsistemaypuedecausaramplificaciones
sustancialesenlosnivelesdevibración,lascualespueden
serocasionadasenfallasprematurasocatastróficas.