Mantenimiento Predictivo Mecanico

MANTENIMIENTO PREDICTIVO MECANICO

UNIDAD 2

PRACTICA # 2

GRUPO 9°A

ING. EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

MEDICIÓN, DIAGNOSTICO Y FALLA DE LAS VIBRACIONES

ÁNGEL FLORES CÍCERO

DAVID CHULIM MADERA

29 DE JUNIO DE 2015

MEDICION 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, las cuales tienen sus propias ventajas para algunas aplicaciones en particular. 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. La siguiente figura ilustra lo anterior.

Las vibraciones corresponden a una bomba centrífuga de 5 álabes. Las componentes de frecuencias 1x rpm y 2x rpm se las asocia a un grado de desalineamiento de la bomba con el motor y al desbalanceamiento residual del rotor. La componente de frecuencia 5x rpm proviene de las pulsaciones de presión que genera este tipo de máquinas.

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, frecuencias y 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. La siguiente figura 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 órbitas. 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 periodicidad 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 fácil de diagnosticar durante el funcionamiento (partidas/paradas) que durante el funcionamiento estacionario de la máquina. 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 se utiliza para estos análisis es el diagrama en cascada, como el mostrado a continuacion.

Este gráfico tridimensional muestra espectros vibratorios para diferentes velocidades de rotación de la máquina.

Transformadas tiempo-frecuencia. El análisis espectral es adecuado para analizar vibraciones compuestas de componentes estacionarias durante su período de análisis. Esto indica qué efectos de la vibración son promediados en el período de análisis, perdiéndose información sobre la naturaleza o forma de estas variaciones. Existe entonces la necesidad de un análisis que describa mejor señales no estacionarias o en movimiento. Esto se consigue con las distribuciones o transformadas tiempo-frecuencia. Las transformadas tiempo-frecuencia son análisis tridimensionales amplitud-tiempo-frecuencia, es decir, se agrega una nueva dimensión (el tiempo) a la clásica FFT.

ACELEROMETRO

Los acelerómetros o sensores de aceleración, están pensados para realizar una medida de aceleración o vibración, proporcionando una señal eléctrica según la variación física, en este caso la variación física es la aceleración o la vibración.

Los rangos de medida son diversos, desde 1 g, hasta los miles de g´s. Respecto al rango de frecuencia disponible, hay acelerómetros que parten de 0 Hz, para medida de bajas frecuencias, acelerómetros que llegan hasta los miles de Hz para altas frecuencias de vibración, otros modelos de muy alta sensibilidad con bajo rango de frecuencia, etc.

Lo mismo ocurre con los formatos, existen variados formatos según la aplicación de los acelerómetros, en aluminio, titanio, acero inoxidable, etc. con montaje de tornillos, magnético, pegado, etc.

Acelerómetro piezoresistivos

Su principal característica es que pueden medir desde 0Hz hasta varios cientos de Hz, con rangos que parten de los 2g y pueden llegar a los 6000 g. Su salida amplificada, la compensación en temperatura y una alta resolución son algunas de sus características más destacadas.

Algunas aplicaciones típicas son los ensayos para la seguridad den el automóvil, análisis de confort en tren, análisis del transporte, monitorización de estructuras, etc.

Acelerómetro piezoeléctrico

Este acelerómetro es uno de los transductores más versátiles, siendo el más común el piezoeléctrico por compresión. Este se basa en que, cuando se comprime un retículo cristalino piezoeléctrico, se produce una carga eléctrica proporcional a la fuerza aplicada.

Los elementos piezoeléctricos están hechos normalmente de circonato de plomo. Los elementos piezoeléctricos se encuentran comprimidos por una masa, sujeta al otro lado por un muelle y todo el conjunto dentro de una caja metálica. Cuando el conjunto es sometido a vibración, el disco piezoeléctrico se ve sometido a una fuerza variable, proporcional a la aceleración de la masa. Debido al efecto piezoeléctrico se desarrolla un potencial variable que será proporcional a la aceleración. Dicho potencial variable se puede registrar sobre un osciloscopio o voltímetro.

Este dispositivo junto con los circuitos eléctricos asociados se puede usar para la medida de velocidad y desplazamiento además de la determinación de formas de onda y frecuencia. Una de las ventajas principales de este tipo de transductor es que se puede hacer tan pequeño que su influencia sea despreciable sobre el dispositivo vibrador. El intervalo de frecuencia típica es de 2 Hz a 10 KHz.

Acelerómetro piezoeléctrico de cuarzo.

Su uso es común en mantenimiento predictivo, donde se emplea para detectar defectos en máquinas rotativas y alternativas, detectando por ejemplo, el mal estado de un rodamiento o cojinete en una etapa temprana antes de que se llegue a la avería.

En bombas impulsoras de líquidos detectan los fenómenos de cavitación que pulsan a unas frecuencias características.

Los acelerómetros electrónicos permiten medir la aceleración en una, dos o tres dimensiones, esto es, en tres direcciones del espacio ortonormales. Esta característica permite medir la inclinación de un cuerpo, puesto que es posible determinar con el acelerómetro la componente de la aceleración provocada por la gravedad que actúa sobre el cuerpo.

Un acelerómetro también es usado para determinar la posición de un cuerpo, pues al conocerse su aceleración en todo momento, es posible calcular los desplazamientos que tuvo. Considerando que se conocen la posición y velocidad original del cuerpo bajo análisis, y sumando los desplazamientos medidos se determina la posición.

Acelerómetro capacitivo

Los acelerómetros capacitivos tienen la característica de poder medir aceleración desde 0Hz hasta varios cientos de Hz, por lo que se suelen emplear para aplicaciones de baja o muy baja frecuencia, aunque cuentan con muy buena resistencia a posibles picos de aceleración.

En relación al encapsulado, cuentan con diferentes formatos, aunque el estándar tiene una rosca macho en el centro, que

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