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Vibraciones MecánicasVibraciones MecánicasIng. (E) en Mantenimiento Industrial
Clase N°6: Fallas típicas en equipos t t i d lrotatorios de uso general
Correas
• Fallas provocadas por p pimperfecciones en la correa:
solturas– solturas.– Zonas duras (blandas) en la
correa.D di i t l– Desprendimientos en la correa.
– Correa agrietada.
Correas
• Polea Excéntrica:– Se produce cuando la
correa gira con respecto a un punto que no es su p qcentro geométrico.
– La relación de fases entre las direcciones horizontales y verticales en un descanso son de 0° o 180°
Imperfecciones en Correas
L f i d l i i f i l• La frecuencia de la correa es siempre inferior a la de las poleas conductora y conducida. Presencia de múltiplos armónicos de las RPM de la correa
Correas Excéntricas
• Se producen altas vibraciones a la 1X de la polea excéntrica.
• Vibración mayor en la línea de los centros de las poleas• Vibración mayor en la línea de los centros de las poleas.
Resonancia en correas
• Se produce cuando la frecuencia natural de la correa coincide con la velocidad de alguna de las poleas.
• Se puede solucionar cambiando la tensión en las• Se puede solucionar cambiando la tensión en las correas
Correas desalineadas
• Altas vibraciones en la dirección axial, principalmente a la 1X
Bombas y ventiladoresy
• Tanto ventiladores como bombas presentarán una componente, llamada “frecuencia de paso defrecuencia de paso de álabes” que corresponderá a la RPM por el número de álabes del equipo.
Bombas y ventiladoresy
Bombas y ventiladoresy
• Armónicos de la 1X y de la frecuencia de paso de álabes
Bombas y ventiladoresy
• Los ventiladores típicamente se desbalancean, por suciedad del fluido o por rotura de un álabe, que es más común en
bombas
Bombas y ventiladoresy
• Turbulencia de flujo: El flujo no es constante y se producirán perturbaciones aleatorias (flujo turbulento) causadas por variaciones de presión y de velocidadcausadas por variaciones de presión y de velocidad.
Bombas y ventiladoresy
• Cavitación de bombas: genera vibraciones aleatorias, debido al colapso de burbujas sobre los álabes.– Puede destruir el rodetePuede destruir el rodete.– Presenta un sonido característico de paso de arena por la bomba
Fallas en rodamientos
• Los software de análisis de ibracionesde vibraciones contienen la mayoría de las geometrías de los di ti t ti ddistintos tipos de rodamientos y, por ende sus frecuencias de fallas
desperadas.• Estas frecuencias de
fallas nunca son armónicas de la 1X.
• Las principales fallas son:son:
Fallas en rodamientos
• BPFO: Ball Pass Frecuency of the Outer race (frecuencia dethe Outer race (frecuencia de paso de los elementos rodantes en la pista externa).
• BPFI: Ball Pass Frecuency of the Inner race (Frec encia dethe Inner race (Frecuencia de paso de los elementos rodantes en la pista interna)
• BSF: Fundamental Train Frecuency (Frecuencia de rotación del portaelementos, jaula o canastillo que contiene a los elementos rodantes).
• FTF: Ball Spin Frecuency (Frecuencia de paso de los elementos rodantes, - bolas, rodillos o conos-).od os o co os )
Fallas en rodamientos
• Espectro con frecuencias de falla en pista externa, según el tipo d d i t i d l ft d áli ide rodamiento ingresado al software de análisis.
Fallas en rodamientos
• La evolución de las fallas en rodamientos dependerá de muchos factores pero se tendránfactores, pero se tendrán por lo general 4 etapas de falla claramente
fdefinidas y con vidas remanentes esperadas estimadas.
Etapa Ip
• La falla comienza con una grieta microscópica que generalmente se confunde con el ruido eléctrico de fondo. D d i l f ll ti id t 6• Desde que comienza la falla, se estima vida remanente en 6 meses.
Etapa IIp
• Al crecer la falla aparecen componentes a frecuencias naturales del rodamiento, generalmente acompañado de bandas laterales.
• Se estima la vida remanente en 6 meses.
Etapa IIIp
• Aparecen las frecuencias de falla típicas de rodamiento y sus ó iarmónicos.
Etapa IVp
• Aparecen vibración aleatoria de alta frecuencia. La falla catastrófica i i tes inminente.
Vibraciones en engranajesg j
• Al igual que ventiladores g qy bombas, existirá la “frecuencia de engrane” que es las RPM x enque es las RPM x en número de dientes del engrane.
• Según la norma AGMA, los sensores deben medir como mínimomedir, como mínimo hasta la tercera frecuencia de engrane.
Vibraciones en engranajesg j
• Consejos para medir en j preductores:– Para engranajes rectos, la
medición másmedición más representativa será radial.
– Engranajes helicoidales, medición axialmedición axial.
– El sensor debe ser ubicado LO MÁS CERCA POSIBLE del engranajedel engranaje.
– La medición en un perno no atenúa de forma importante la señalimportante la señal.
Vibraciones en engranajesg j
• Espectro normal de un reductor de engranajes
Dientes rotos en engraneg
• Espectro y forma de onda esperado para un engranaje con dientes rotoscon dientes rotos.
Vibraciones en engranajes (backlash)(backlash)
• Espectro de backlash, con frecuencia de engrane con bandas laterales y excitación a la frecuencia natural debandas laterales y excitación a la frecuencia natural de
los engranes
Desalineamiento en engranajesengranajes
• El desalineamiento en engranajes, siempre mostrará armónicos de la frecuencia natural del engranaje conarmónicos de la frecuencia natural del engranaje, con
bandas laterales a la velocidad de giro.
Fallas en Motores eléctricos
Fallas en Motores eléctricos
• Motores sincrónicos: Tienen como principales ventajas la de mantener la velocidad constante independiente de la carga que se les aplica, además son utilizados cuando se requiere de bajas velocidades y altas potencias.p
• Como punto en contra se tiene su bajo torque de partidapartida.
Fallas en Motores eléctricos
• La velocidad de un motor i ó i t á d dsincrónico estará dada por:
• f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)máquina (Hz)
• p: Número de PARES de polos que tiene la máquina (número adimensional)( )
• n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)
Fallas en Motores eléctricos
Ejemplo:j pSi se tiene una
máquina de cuatro polos (2 pares de polos) conectada apares de polos) conectada a una red de 60 Hz, la máquina operará a 1500 r p mr.p.m.Para motores asincrónicos existirá la “Frecuencia de Deslizamiento” que haráDeslizamiento” que hará que los motores giren a un poco menos que la velocidad sincrónicavelocidad sincrónica
Motores asincrónicos
Excentricidad del estator
• Generará altas vibraciones a 2 veces la frecuencia de línea que en Chile son 50 Hzlínea, que en Chile son 50 Hz.
Excentricidad del rotor
• Se caracteriza por la generación de bandas laterales alrededor de 2 la frecuencia de línea a la frecuencia dealrededor de 2 la frecuencia de línea a la frecuencia de
deslizamiento del motor.
Rotor con barras rotas
• Se presentará una componente a la velocidad de paso de barras con bandas laterales a la frecuencia dede barras con bandas laterales a la frecuencia de
deslizamiento
Rotor con barras rotas
• Zoom a la velocidad de paso de barras para chequear p p qfrecuencias de bandas laterales
Descansos hidrodinámicos
Descansos Hidrodinámicos
• Son descansos deSon descansos de aceites y deben ser medidos con sensores de desplazamiento sindesplazamiento sin contacto.
• También llamados “Descansos planos”.
• Los acelerómetros son complementarios paracomplementarios para altas frecuencias.
Descansos Hidrodinámicos
Descansos Hidrodinámicos
• La principal falla es elLa principal falla es el “Oil Whirl” o “giro de aceite” que es cuando el eje se “Monta” en la ola de aceite dentro d l ddel descanso.
• Inestabilidad en la película de aceitepelícula de aceite
Juego Excesivog
Se manifiesta como una soltura normal, con gran presencia de armónicos de lacon gran presencia de armónicos de la velocidad de giro.
Oil Whirl
Oil Whirl
• Frecuencia característica de falla sub sincrónico entre 0 42 y 0 48Xentre 0,42 y 0,48X
Caso Histórico Barras Rotas
• Motor bomba:– Sintomas: Altas
vibraciones, fuerte ruido.
• Antecedentes: – Valor global de la vibración
sobrepasa valor de falla.p– Motor ubicado en planta de
agua, pero antes se encontraba en parque maderas.
– Bomba se mantiene en niveles normales.
Caso Histórico Barras Rotas
• Antecedentes: • Se observan bandas laterales
– Gran cantidad de armónicos de la 1X.
– Se advierten posibles
a 78 y 87 rpm, lo que se explica por la resolución de frecuencias.
Se advierten posibles componentes ocultas, por lo que se concentran las líneas.
• Las bandas laterales coinciden con la frecuencia de deslizamiento para el motor lé t i (4 l )
– Espectro muestra múltiples armónicos de la 1X.
– No se aprecian frecuencias
eléctrico (4 polos).• No fue posible realizar
espectro de corriente (falta de i t t l)No se aprecian frecuencias
de falla en rodamientos.instrumental).
• Se desconoce el número de barras del rotor.
Caso Histórico Barras Rotas
6364 - BOMBA AGUA DEMI63 23 033 M1H MOTOR LADO LIBRE HORIZONTA 63.23.033 -M1H MOTOR LADO LIBRE HORIZONTA
Trend Display of Overall Value
-- Baseline -- Value: .749 Date: 18-Jul-02 5
6
7
FAULT
3
4
K V
eloc
ity in
mm
/Sec
ALERT
1
2
PK
0 50 100 150 200 250 300 350 4000
Days: 18-Jul-02 To 21-Jul-03
Date: Time: Ampl:
21-Jul-03 14:29:21 5.859
Caso Histórico Barras Rotas6364 - BOMBA AGUA DEMI
63.23.033 -M1H MOTOR LADO LIBRE HORIZONTALAnalyze Spectrum 21-Jul-03 14:31:03
2.5
PK = 5.85 CARGA = 100.0 RPM = 1479. RPS = 24.66
2.0
Sec
1.0
1.5
K V
eloc
ity in
mm
/S
0.5
PK
0 6000 12000 18000 240000
Frequency in CPM
Freq: Ordr: Spec:
1480.8 1.001 .265
Caso Histórico Barras Rotas6364 - BOMBA AGUA DEMI
63.23.033 -M1H MOTOR LADO LIBRE HORIZONTALAnalyze Spectrum 21-Jul-03 14:31:03
1.8
PK = 1.83 CARGA = 100.0 RPM = 1479. RPS = 24.66
1.2
1.5
ec
0.9
Velo
city
in m
m/S
e
0.3
0.6
PK
3600 4000 4400 4800 52000
Frequency in CPM
Freq: Ordr: Spec:
4518.8 3.054
.194Spec: Dfrq:
.194 79.41
Caso Histórico Barras Rotas
Caso Histórico Soltura MecánicaMecánica
• Motor bomba:
– Sintomas: Altas vibraciones, ruido de golpeteo.
• Antecedentes: – Equipo no ha sido
intervenido en 12 años.intervenido en 12 años.– Brusco aumento de
vibraciones. – Espectro muestra múltiples p p
armónicos de la 1X.– No se aprecian frecuencias
de falla en rodamientos.
Caso Histórico Soltura MecánicaMecánica
• Antecedentes: – Se analizó la
temperatura en distintos descansos:
41 - BOMBA LAVADOR PRIMARIO41 23 057 -M2A DESCANSO 2 MOTOR
Trend Display of Overall Value
-- Baseline -- Value: .501
6
7
FAULT
• Machón lado motor: 72°C.
• Eje motor: 82°.
Value: .501 Date: 09-May-94
3
4
5
K Ve
loci
ty in
mm
/Sec
ALERT
• Machón lado bomba: 38°C.
1
2
PK
0 1000 2000 3000 40000
Days: 09-May-94 To 08-Ago-03
Date: Time: Ampl:
08-Ago-03 09:26:04 4.524
Caso Histórico Soltura MecánicaMecánica
41 - BOMBA LAVADOR PRIMARIO41 23 057 -M2H MOTOR,LADO ACOPL.HORIZONTAL
Analyze Spectrum 08-Ago-03 10:11:06
1.2
PK = 1.97 LOAD = 100.0 RPM = 372. RPS = 6.20 0.9
ec
0.6
Velo
city
in m
m/S
0.3
PK
0 4000 8000 120000
Frequency in CPM
Freq: Ordr: Spec:
371.25 .998 .01767
Caso Histórico Soltura MecánicaMecánica
• Descanso suelto del motor, no se puede i d ñapreciar daño en grasa
Caso Histórico Soltura MecánicaMecánica
• Rodamiento montado en eje, grasa endurecida en rodamiento
Caso Histórico Soltura MecánicaMecánica
• Acercamiento, grasa quemada en el interior del rodamiento
Caso histórico, VTI
• Síntomas mostrados:Síntomas mostrados:– Ruido fuerte.– Impacto al tacto en los p
descansos del ventilador.No se registra– No se registra aumento importante en la temperatura.
Descripción del casop
• Históricamente el ventilador sufre desbalanceo, producto del sulfato adherido. Mostrando espectros de soltura (ventilador muy grande).g )
• En parada de línea se lavo el ventilador, para eliminar posibleeliminar posible desbalanceo (primer diagnóstico considerando sus 12 años de historia)sus 12 años de historia).
Caso histórico, VTI
• El ventilador alcanzó una vibración alta y repentina, descartándose el desbalanceo del diagnóstico inicial.
• Se tomaron nuevas medidas con 10medidas con 10 promedios y con 6400 líneas.
• La forma de onda• La forma de onda muestra desalineamiento, producto de la soltura grave que se presentagrave que se presenta.
Caso histórico VTI
Ventilador lado acoplamientop
Ventilador, lado libre
Vibración axial lado libre
Forma de onda lado accionamientoaccionamiento
Verificación del caso
Verificación del caso
• Manguito de montaje de rodamiento descansoManguito de montaje de rodamiento descanso
Verificación del caso
• Cara interna de manguito de fijación de rodamiento.g j
Verificación del caso
• Arandela de fijación cortada en descanso lado jacoplamiento del ventilador
Vibraciones MecánicasVibraciones MecánicasIng. (E) en Mantenimiento Industrial
Clase N°6: Fallas típicas en equipos t t i d lrotatorios de uso general
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