Analisis De Vibracion

Análisis de vibración para mantenimiento predictivo.

El monitoreo y análisis de vibraciones son dos de las técnicas más usadas en predecir una incipiente falla sea mecánica, eléctrica y problemas relacionados dentro de un equipo ó maquina. Usado junto con otras mediciones tal como, caudal, temperatura, presión, el análisis de vibraciones puede proveer el medio de identificar la falla y promover el mantenimiento requerido programado antes de que el equipo falle en forma franca. Este método puede ser usado en casi todos los elementos mecánicos y muchos de los procesos continuos dentro de un proceso productivo. Este no solo se limita a maquinas rotativas de velocidad media ó alta, las últimas técnicas permiten evaluar las de bajas revoluciones. El análisis de vibraciones puede ser usado con éxito también en control de calidad, test de aceptación de equipos, control de ruido, detección de pérdidas de fluidos etc.

¿Qué es una vibración?

Técnicamente se puede definir como la oscilación de un objeto con respecto a su posición de reposo.

Si vemos la figura anterior, al aplicarle una fuerza y ponerlo en movimiento al objeto, este se moverá de arriba a abajo entre un limite superior y uno inferior. Este movimiento de la masa pasando por todos los puntos y hasta llegar a la posición de “abajo “ para estar listo a repetir el movimiento se lo conoce como ciclo de vibración.

El tiempo que emplea en completar un ciclo es el período de vibración. El número de estos ciclos en un determinado tiempo es la frecuencia de vibración .Esta última está dada en ciclos por minuto ó en Hertz.

La frecuencia es una de las características básicas de la medición y descripción de vibraciones.

Por ejemplo, un componente de una máquina que vibra y repite los valores 1 vez por segundo debería tener una frecuencia de 1 cps (ciclo por segundo) ó 1 Hz , donde T es el período.

Otras características mesurables y que ayudan en el análisis vibratorio son: velocidad, desplazamiento aceleración y fase ó ángulo de fase. Cada una de estas características define la severidad de la vibración de una máquina ó sistema.

Desplazamiento: indica “cuanto” el objeto está vibrando. Se define como la máxima distancia que un objeto se mueve (desde el punto más bajo al más alto) y se describe como “pico a pico” .Se mide en micrones pico a pico ( 1 micrón = 0,001 mm)

En movimiento armónico simple la relación entre el máximo desplazamiento y el tiempo podría ser expresado de la siguiente forma:

El máximo valor del desplazamiento es x0 y se conoce como amplitud de la vibración

y es wt la velocidad angular medida en radianes por segundo

Velocidad indica “cuan rápido” el objeto está vibrando. Se puede decir que la velocidad es máxima cuando (en un movimiento simple armónico) cuando el objeto esta pasando por su punto de reposo de “cero desplazamiento” y es cero cuando alcanza el punto más alto y más bajo de su límite de desplazamiento. Esta es medida en milímetros por segundo de pico.

En movimiento armónico la velocidad se calcula como la derivada del desplazamiento respecto del tiempo:

Esta expresión tiene como máximo valor y es x0w medida en mm por segundo

Aceleración del objeto que está vibrando está referida a la fuerza que ocasiona la vibración. La aceleración alcanza el valor máximo como cuando el objeto alcanza sus límites de desplazamiento, esto es cuando alcanza el punto más bajo, se detiene y comienza el movimiento opuesto. Está medida en unidades de “g pico” (1 g = 980 cm por seg2).

Para definir con que rapidez el elemento que vibra se está moviendo tenemos:

Fase ó ángulo de fase es usado cuando se compara movimiento de una parte vibrando con uno fijo de referencia., o comparando 2 partes de una estructura de una máquina vibrando a la misma frecuencia. Puede ser definido como la diferencia angular en cualquier instante dado entre dos partes con respecto a un ciclo completo de vibración y es usualmente medido en grados.

donde es la diferencia de fase de los dos componentes que están vibrando

Esto quiere decir que el componente 2 alcanza su máximo desplazamiento x2 en un valor de segundos más tarde que el componente 1 (x1)

Esta cantidad se conoce como ángulo de fase.

Porqué vibra una máquina

Todas las máquinas vibran. Estas vibraciones son causadas debido a las tolerancias con que la máquina ó dispositivo fue diseñado. Evidentemente estas variaciones dimensionales calculadas permiten que las máquinas puedan ser construidas.

Estas tolerancias dan al equipo ó máquina nueva una “firma” de vibración característica y provee una base para contrastar las futuras mediciones. Cualquier variación futura de estas vibraciones nos irá indicando que un defecto incipiente está comenzando y cambiaran las condiciones mecánicas del equipo. Diferentes defectos dentro de un equipo hacen que varíen las condiciones iniciales de vibración (“firma” característica) que tomamos como base y el análisis predictivo de estas vibraciones nos proveerán de información para determinar la fuente del problema.

Dado que las máquinas ó equipos están compuestos por diferentes dispositivos, estos en conjunto crean un complejo de energías vibratorias que consisten de una serie de únicos componentes de vibración. Por lo tanto, la vibración generada por una máquina puede ser separada en esas determinadas vibraciones ó componentes de vibración ó

Teniendo en cuenta que la frecuencia se repite después de cada intervalo:

Las amplitudes de los varios componentes de frecuencia A1,A2,A3..etc y sus ángulos

De fase , etc pueden ser determinados analíticamente cuando es dada.

Este cálculo es conocido como serie de Fourier ó transformada de Fourier

Los segundos términos son las harmónicas de las componentes de la frecuencia primaria.

Todos los equipamientos mecánicos y muchos de los sistemas dinámicos de una planta tales como intercambiadores de calor, ventiladores, reductores filtros tanques de mezclado etc, generarán algún nivel de vibración como parte de su funcionamiento normal. El claro entendimiento de las dinámicas de una máquina y como estas fuerzas internas generan componentes de vibración particulares de cada uno y el monitoreo de sus cambios son la clave para usar los datos de vibración como una herramienta de diagnóstico.

Análisis de vibraciones- Selección

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