Conceptos Básicos de Vibraciones
Conceptos Básicos de
Vibraciones
¿Qué es Vibración?
Movimiento Movimiento oscilatorio de un oscilatorio de un cuerpo en reposo cuerpo en reposo producido por una producido por una fuerza externafuerza externa
Para Cada Acción …Si no existe Fuerza => No existe Movimiento.
Amplitud = Fuerza/Resistencia
Existen 3 tipos básicos de fuerzas:
• Impacto - partes sueltas, elementos rodantes impactándose en las pistas.
• Periódico - fuerzas repetitivas, tales como desbalance o desalineación.
• Aleatorio - Varia con el tiempo, por ejemplo, turbulencia en tuberías, cavitacion en bombas. Tambie el ajuste de rodamiento produce comúnmente fuerzas aleatorias.
Sistema Oscilatorio Masa - Resorte
m
m
RESORTE
m asa
m
mm
RESORTE
m asa
Posición Superior
Posición Neutra
Posición Inferior
Un ciclo
Amplitud
Tiempo
Movimiento con respecto al tiempo
fuerza
Señal en el Dominio del Tiempo : Amplitud
Pico
Pico-Pico
tiempo
0
Amplitud
RMS
Frecuencia y Periodo
1 sec
Un Ciclo
tiempo
Periodo
0
F= 1/T
Periodo = Tiempo de un ciclo, seg.
Frecuencia = No de ciclos en una determinado unidad de tiempo.
Hertz – RPM - CPM
1 Hertz =60ciclos/min=60cpm=3600cps
Escala de Factores
Cuando se comparan las señales de vibración global, es importante que estas sean medidas en el mismo rango de frecuencias y con la misma escala de factores.
Peak to PeakPeak
RMS
Medición de Vibración en RMS
El área bajo la curva resultante se promedia hasta un valor medio, este nivel es proporcional al valor RMS (Rooth Mean Square)
Tabla de Conversión
1,0000,9000,6360,318PROMEDIO
1,1111,0000,7070,354VALOR EFECTIVO
1,5711,4141,0000,500VALOR DE CRESTA
3,1422,8282,0001,000VALOR DE CRESTA A CRESTA
PROMEDIOVALOR EFECTIVO
CRESTACRESTA A CRESTA
MULTIPLICAR LA CANTIDAD DE
PARA OBTENER
LIMITE SUPERIOR
PUNTO NEUTRO
LIMITE INFERIOR
VALOR EFEVTIVO
MOVIMIENTO SINUSOIDAL
PROMEDIO
RMS
CRESTA CRESTA A
CRESTA
PICO
¿Desplazamiento, Velocidad, Aceleración?
Tiempo
Máxima aceleración
Mínima velocidad
m
m
RESORTE
m asa
m
mm
RESORTE
m asa
Posición Superior
Posición Neutra
Posición Inferior
Un ciclo
Amplitud
Tipos de Medición de Vibración
Desplazamiento: Cambio en distancia o posición de un objeto relativo a una referencia.
Velocidad: Variación del desplazamiento con respecto del tiempo.
Aceleración: Variación de la velocidad con respecto al tiempo.
0º 90º 180º 270º 360ºAcceleration Velocity Displacement
Tiempo
Unidades de Medición de Vibración
Desplazamiento Posición de un objeto relativo a una referencia.
mils o micras (μm)
Velocidad La variación del desplazamiento con respecto del tiempo
Plg/seg o mm/sec
Aceleración Es la variación de la velocidad con respecto al tiempo
G’s o pies/sec2 or m/sec2
Respuesta en Frecuencia
Frecuencia (Hz)10 100 1,000 10,000
0.1
1.0
10
0.01
100
Desplazamiento(mils) Aceleración
(g´s)
Velocidad (in/sec)
Rango de Operación
de Maquinas
Amplitud
Formulas de Conversión
Ingles Métrico
D=(19100*V)/F
D=(2.06x10exp 10* A)/F2
D=(19100*V)/F
D=(6.97x10 Exp 11* A)/F
V= DF/19100
V=(1.4x10 Exp 6* A)/F
V= DF/19100
V=(36.4 x 10 Exp 6* A)/F
A=DF2/2.06 x10 Exp 10
A=VF/1.4 x10 Exp 6
A= DF2/6.97 x10Exp 11
A=VF/36.4 x10Exp 6
A = Aceleracción (in/seg2 Pk)
V = Velocidad (in/seg Pk)
D = Desplazamiento (mils Pk.Pk)
F = Frecuencia (CPM)
A = Aceleración (g´s Pk)
V = Velocidad (mm/seg Pk)
D = Desplazamiento (micrones Pk-Pk)
F = Frecuencia (CPM)
Combinación de Fuentes
Señal Compleja en Tiempo Real
La suma de varias señales de vibración Individuales forman una señal compleja en el dominio del tiempo.
Frecuencia de Engranes
Amplitud
Tiempo
Desbalance
Rodamientos
timeLow fre
q. frequency
High freq.
Caja de EngranesMotor Eléctrico
FFTFFT
Vibración Global
La energía total de vibración medida en un rango de frecuencias especifico.
Presenta un valor numérico.
Grafica de Severidad
Tabla de Severidad ISO 10816-1
ISO 10816-1 Directriz de la vibración global de la velocidad.
Clasificación de la maquinaria según ISO
Clase I: Maquinas pequeñas (0-20 HP)
Clase II: Maquinas de tamaño medio (20-100 HP) sin cimentaciones especiales, equipo hasta 400 HP en cimentaciones especiales.
Clase III: maquinas grandes (mas de 400 HP) con elementos rotatorios, montadas en cimentaciones rígidas y pesadas que no son sensibles a la vibración en la dirección de las lecturas.
Clase IV: Maquinas grandes con elementos rotatorios, montadas en cimentaciones que son sensibles a la vibración en la dirección de las lecturas (por ejemplo, turbogeneradores, turbinas de gas con salidas mayores a 10 MW)
Tabla de Severidad Técnicos Asociados de Charlotte
12345
ALARM 1 ALARM 2COOLING TOWER DRIVE
Long Hollow Drive Shaft 0 - 0.375 0.375 - 0.600 0.600 0.900Close Coupled Belt Drive 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.650Close Coupled Direct Drive 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450
COMPRESSORSReciprocating 0 - 0.325 0.325 - 0.500 0.500 0.750Rotary Screw 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.650Centrifugsl with or W/O External Gearbox 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Centrifugal- Integral Gear (Axial Meas.) 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Centrifugal- Integral Gear (Radial Meas.) 0 - 0.150 0.150 - 0.250 0.250 0.375
BLOWERS (FANS)Lobe - Type Rotary 0 - 0.300 0.300 - 0.450 0.450 0.675Belt - Driven Blowers 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.650General Direct Drive Fans (with coupling) 0 - 0.250 0.250 - 0.375 0.375 0.550Primary Air Fans 0 - 0.250 0.250 - 0.375 0.375 0.550Large Forced Draft Fans 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Large Induced Draft Fans 0 - 0.175 0.175 - 0.275 0.275 0.400Shaft - Mounted Integral Fan (Extended Motor Shaft) 0 - 0.175 0.175 - 0.275 0.275 0.400Vane - Axial Fans 0 - 0.150 0.150 - 0.250 0.250 0.375
MOTOR / GENERADORImpulsados por Bandas 0 - 0.275 0.275 - 0.425 0.425 0.675De acoplamiento Directo 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450
ENFRIADORESDe movimiento Alternativo 0 - 0.250 0.250 - 0.400 0.400 0.600Centrifugo al (aire libre) Separación de Compresor y Motor0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Centrifugo (Hermetico) con motor y rueda motriz interna0 - 0.150 0.150 - 0.225 0.225 0.350
TURBOGENERADORES GRANDESTurbogeneradores de 3,600 rpm 0 - 0.175 0.175 - 0.275 0.275 0.400Turbogeneradores de 1,800 rpm 0 - 0.150 0.150 - 0.225 0.225 0.350
BOMBAS CENTRIFUGASBombas Verticales ( 12' - 20' de altura ) 0 - 0.375 0.375 - 0.600 0.600 0.900Bombas Verticales ( 8' - 12' de altura ) 0 - 0.325 0.325 - 0.500 0.500 0.750Bombas Verticales ( 5' - 8' de altura ) 0 - 0.250 0.250 - 0.400 0.400 0.600Bombas Verticales ( 0' - 5' de altura ) 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Bombas Horizontales de uso general y acoplamiento directo0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Bombas de Alimentación para calderas 0 - 0.200 0.200 - 0.300 0.300 0.450Bombas Hidraulica 0 - 0.125 0.125 - 0.200 0.200 0.300
MAQUINAS -HERRAMIENTASMotor 0 - 0.100 0.100 - 0.175 0.175 0.250Entrada de la caja de engranes 0 - 0.150 0.150 - 0.225 0.225 0.350Salida de la caja de engranes 0 - 0.100 0.100 - 0.175 0.175 0.250Husilloa) Operaciones de desbastamiento 0 - 0.075 0.075 - 0.125 0.125 0.175b) Acabado 0 - 0.050 0.050 - 0.075 0.075 0.115c) Maquinado Crítico 0 - 0.030 0.030 - 0.050 0.050 0.075
MACHINE TYPE GOOD FAIR
Planos de Medición
Radial Vertical Horizontal
Axial
La Información Faltante!- Fase
La frecuencia de la vibración indica la fuente potencial del problema
- además “que tan frecuente” el problema se repite por si mismo.
La amplitud de la vibración indica la severidad del problema.
La fase indica como la maquina se esta moviendo.
Fase
Es la relación de el movimiento de una parte de la maquina con respecto a una referencia- por ejemplo la posición del eje cuando esta girando.
La relación de el movimiento entre uno o mas puntos en una maquina.
Fase
Movimiento en fase
Movimiento fuera de fase
Fase
Fase
Una vez que se conoce “como” la maquina se esta moviendo, se sabe PORQUE!
La amplitud y la frecuencia ofrece el 80% de precisión en el diagnostico o análisis- utilizando la información de fase se mejora la precisión hasta en un 95%.
Análisis Espectral
Varias Fuentes …
Aun en maquinas simples se produce vibración derivada de muchas fuentes.
Muchas de ellas no se presentan a la velocidad de operación, pero si a sus múltiplos superiores o inferiores de la velocidad de operación.
Algunas no se relacionan con la velocidad de operación.
… Vibración a distintas frecuencias
Cada fuente produce se propia y única frecuencia o patrón de frecuencias.
Si se conoce la maquina, se conocen las frecuencias que esta produce.
1/3 del análisis de vibración consiste en conocer las frecuencias y fuentes que las generan.
2/3 del análisis de vibración se basa en el conocimiento de la historia de la maquina.
Combinación de Fuentes
Desbalance
Vel. SalidaFrecuencia de Engranes
Holgura
Extracción de Frecuencias
Amplitud
Tiempo
tiempoBaja Frec.
Frec. Media
Alta Frec.
Amplitud
Frecuencia
FFTFFT
Frecuencia de Engranes
Desbalance
Rodamientos
Caja de EngranesMotor Eléctrico
Señal Compleja en Tiempo Real
Análisis de Espectros FFT
Dominio delTiempo Dominio de la
Frecuencia
Amplitud
Forma deOnda Compleja
Formas de Onda Simples
TMAX
FMAX
1X1X3X3X
5X5X
9X9X
Técnicas del Análisis Espectral
Colectar información útil
Incrementador (frecuencias de engranaje)
Técnicas del Análisis Espectral
Armónicas
Reconocimiento del Espectro Patrón
Reconocimiento del Espectro Patrón
Frecuencias Subsincronas, < 1XRPM
Reconocimiento del Espectro Patrón
Frecuencias Bajas >1XRPM hasta 10XRPM
Reconocimiento del Espectro Patrón
Armónicas Superiores >10x RPM
Ejemplos de Espectros
Colección de datos en una maquina sin problemas.
Frecuencia de vibración a significativamente mayor que lo normal.
Indica una señal de vibración que ocurre por cada una revolución del eje.
Normalmente causado por presencia de desalineación o desbalance.
Frecuencia a 1x mayor que lo normal, acompañado de frecuencias correspondientes a los rodamientos, indicando daño en ellos.
Monitoreo Multi-Parámetro
En un mismo alojamiento, eventos a bajas frecuencias (desbalance, desalineación, etc.) se muestran mejor en el espectro de velocidad; mientras que eventos a altas frecuencias (fallas en rodamientos, engranajes) se muestran mejor en el espectro de aceleración o envolvente.
Espectro de Velocidad Espectro de Aceleración
Espectro Envolvente
Bandas Laterales
Espectros de Fallas Comúnes
DESBALANCE
La característica principal del desbalance es que se refleja un pico a la frecuencia de giro del motor
Espectros de Fallas Comúnes
DESALINEACION
El pico a 2 X RPM la velocidad de giro representa desalineación entre flechas
Espectros de Fallas Comúnes
Rodamiento NU316 Dañado
Elementos rodantes con daños severos en rodamiento NU316
Espectros de Fallas Comúnes
Espectro típico de una Bomba Hidráulica
Observe la frecuencia de paso de alabes y multiples caracteristica de una bomba
volute
Espectros de Fallas Comúnes
Espectro de Problemas Electricos
Observe el pico a 2 X la Frec de Linea Eléctrica = 7,200 RPM ESTO REPRESENTA UNA EXCENTRICIDAD EN EL ROTOR DEL MOTOR
CASOS REALES
Mantenimiento Basado en la Condición de la Maquinaria
Mantenimiento Basado en la Condición de la Maquinaria
Mantenimiento Basados en la Condición de la Maquinaria
Parámetros basados en la condición:
Vibración. Temperaturas del rodamiento, termografía. Variables del Proceso-flujo, presión, etc. Condición del lubricante. Calidad del producto. Corriente del motor. Medición ultrasónica de espesores.
Problemas detectados mediante Análisis de Vibraciones
Desalineación y desbalance. Flexiones permanentes. Fisuras en estructuras. Rozamientos. Deterioro o defectos en
rodamientos, y engranes Resonancias y vibraciones
inducidas. Vibración en cimentaciones,
estructuras y soportes. Vibración inducida por flujo. Problemas en motores eléctricos. Problemas de lubricación.
Modelo Ideal Basado en la Condición
Identificar un problema potencial.
Verificar el problema- diagnostico y análisis.
Identificar causa raíz (de requerirlo). Rodamiento
AcelerómetroAlojamiento del
Rodamiento
Ordenar actividad correctiva para solucionar el problema y dirigir la causa raíz.
Verificar la corrección y ajustar los limites de aceptación, ya sea hacia arriba o hacia abajo.
Ciclo de Mantenimiento Basado en la Condición de la Maquinaria
Reparación de la maquinariaReparación de la maquinaria
Programa parareparación
Programa parareparación Análisis del
Problema
Análisis del Problema
Monitoreo Continuo
Monitoreo Continuo
Ajuste de línea base, configuración de alarmas
y verificación de corrección
Ajuste de línea base, configuración de alarmas
y verificación de corrección
NO
inicioinicio
alarma excedid
a
alarma excedid
a
SI
Los Cuatro Pasos Básicos
Detección
Análisis
Verificación
Corrección
Detección
Monitoreo de un Motor de Corriente Directa
Problema Detectado: Daño en Rodamientos
Valores arriba de alarmas
Análisis
Se analiza el espectro de vibración, se detecta daño en la pista exterior del rodamiento.
Cascada
MOTOR3/1HE3
Espectro
MOTOR3/1HE,HE3
AnálisisSe realiza Análisis de Falla para detectar la causa de la falla.
El resultado y diagnostico es: Daño en Pista Exterior por Paso de corriente .
Se analizan las posibles soluciones al problema para evitar repetición del problema:
- Rodamiento con recubrimiento
de oxido de aluminio.
- Rodamiento cerámico.
Corrección
1. Se determina montar un rodamiento con recubrimiento de oxido de aluminio y así evitar el paso de corriente.
2. Se monta el rodamiento con un calentador de inducción.
3. Se calienta la tapa para evitar que dañe el recubrimiento de oxido de aluminio al momento de montar.
Verificación
+ Se monitorea el equipo durante los primeros días de operación para verificar niveles de vibración del equipo.
+ Se ajustan las alarmas de ser necesario.
Paro
Redefinir Alarmas para evitar daños.
Det
erio
ro
Tiempo
Lead Time
Decisiones en la Condición de Monitoreo
¿Qué maquinas se van a monitorear?
¿Qué mediciones se van a montar?
¿Con que tipo de instrumentos se debe monitorear?
¿Con que frecuencia se deben realizar las mediciones?
¿Qué maquinas se van a monitorear?
Maquina problemática.?
Afecta en la Producción.?
Alta Probabilidad de falla.?
Seguridad del personal.?
Clasificación de la Maquinaria
Definir la frecuencia de monitoreo en base a la critiadad del equipo.
Critica.- Detiene el proceso de producción a un alto costo y la reparación requiere una alta inversión de recursos; además de afectar la calidad del producto y de que sus partes o componentes tardan en ser suministrados.
Semi-critica.- Parar parcialmente la producción o que se tenga la necesidad de trabajar a una capacidad inferior a la nominal, la cual puede impactar a la producción parcialmente.
No Critica.- No tiene un alto impacto en la producción al momento de efectuarse algún para, referente a los costos de reparación son aquellos que relativamente no impactan al presupuesto del área.
¿Qué mediciones se van a tomar?
Desplazamiento
Velocidad
Aceleración
Envolvente
¿Qué tipo de instrumentos se van a utilizar?
a) – Sistemas de protección.
b) - Monitoreo en línea.
c) - Sistemas de Vigilancia Portátiles.
¿Con que frecuencia se debe Realizar en Monitoreo?
- Historial de fallas del equipo.
- Progreso rápido hacia la falla catastrófica.
- Mensual
- Bimestral
- Trimestral
- Semestral
Especificaciones Industriales
Generación de Energía
• Comúnmente sistemas de Protección.
• No en todas las maquinas pero si una parte integral de ella.
• Realizar monitoreo de vibración en el arranque y operación de la maquinaria.
Pulpa y Papel
• Comúnmente monitoreo en Línea (On-line)
• Monitoreo en Línea para el control de la calidad.
• Además se necesitan sistemas de proyección.
Petroquímica
• Comúnmente monitoreo en Línea.