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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA INGENIERÍA MECANICA-ELECTROMECÁNICA INGENIERIA DE MANTENIMIENTO

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LABORATORIO No. 1

ANÁLISIS ESPECTRAL

INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO LABORATORIO NRO. 1 Análisis espectral 1. Objetivos.  Conocer que es el análisis espectral  Familiarizarse y conocer las partes del equipo de laboratorio  Saber interpretar las gráficas y resultados que nos muestra el equipo de laboratorio 2. Fundamento teórico. ¿Qué es una vibración? En términos muy simples una vibración es un movimiento oscilatorio de pequeña amplitud. Todos los cuerpos presentan una señal de vibración en la cual plasman cada una de sus características. De acuerdo a esto, las máquinas presentan su propia señal de vibración y en ella se encuentra la información de cada uno de sus componentes. Por tanto, una señal de vibración capturada de una máquina se compone de la suma de la vibración de cada uno de sus componentes. 2.1 Vibración simple La base principal de las señales de vibración en el dominio del tiempo son las ondas sinusoidales. Estas son las más simples y son la representación de las oscilaciones puras. Una oscilación pura puede representarse físicamente con el siguiente experimento: imagínese una masa suspendida de un muelle como el de la Figura 1. Si esta masa es soltada desde una distancia A, en condiciones ideales, se efectuará un movimiento armónico simple que tendrá una amplitud A. Ahora a la masa vibrante le añadimos un lápiz, y una hoja de papel en su parte posterior, de manera que pueda marcar su posición. Si desplazamos el papel con velocidad constante hacia el lado izquierdo se dibujará una onda como la representada en la Figura 2. A continuación se describen los parámetros que definen este tipo de vibración.

Figura 1: Masa suspendida en un muelle. Frecuencia

Figura 2: Movimiento armónico simple.

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El tiempo que tarda la masa en ir y volver al punto A siempre es constante. Este tiempo recibe el nombre de período de oscilación (medido generalmente en segundos o milisegundos) y significa que el muelle completó un ciclo. El recíproco del período es la frecuencia (es decir F=1/P) la cual generalmente es dada en Hz (ciclos por segundo) o CPM (ciclos por minuto).

Amplitud La amplitud desde el punto de vista de las vibraciones es cuanta cantidad de movimiento puede tener una masa desde una posición neutral (marcada como 0 en la Figura 1). Es la intensidad de la vibración, y es indicativa de la severidad de la misma. Existen diversas formas de medir la amplitud de una onda como se puede ver en la Figura 3. Podemos decir que el movimiento tiene una amplitud de pico (p) de A mm, ya que sabemos que como la curva es simétrica también existe un movimiento de amplitud -A mm en la dirección opuesta. También podemos decir que la curva tiene un valor de desplazamiento pico a pico (p-p) de 2A, correspondiente a A mm hacia arriba y A mm hacia abajo. La tercera forma de describir la amplitud se denomina valor RMS (root-mean-square) y es un poco más compleja. Es la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores de la onda. En el caso de una onda sinusoidal el valor RMS es igual a 0.707 del valor pico, pero esto es sólo válido en el caso de una onda sinusoidal. El valor RMS se utiliza para medir la energía de la forma de onda.

Figura 3: Medidas de amplitud. Fase Es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas sinusoidales. Aunque la fase es una diferencia de tiempo, siempre se mide en términos de ángulo, en grados o radianes. Eso es una normalización del tiempo que requiere un ciclo de la onda sin considerar su verdadero período de tiempo. La diferencia en fase entre dos formas de onda se llama desfase o desplazamiento de fase. Un desplazamiento de fase de 360 grados es un retraso de un ciclo o un período completo de la onda, lo que realmente no es ningún desplazamiento. Un desplazamiento

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de 90 grados es un desplazamiento de ¼ del periodo de la onda, etc. El desplazamiento de fase puede ser considerado positivo o negativo; eso quiere decir que una forma de onda puede estar retrasada respecto a otra o puede estar adelantada respecto a otra. Esos fenómenos se llaman retraso de fase y avance de fase respectivamente. En el ejemplo de la Figura 4, la curva A se encuentra desplazada 90 grados con respecto a la curva B. Eso es un retraso de tiempo de ¼ del período de la onda. También se podría decir que la curva A tiene un avance de 90 grados.

Figura 4: Desfase entre dos senoides 2.2. Magnitudes: desplazamiento, velocidad y aceleración El desplazamiento es sencillamente la distancia al objeto desde una posición de referencia o punto de equilibrio. Aparte de un desplazamiento variable, un objeto vibrando presenta una velocidad variable y una aceleración variable. La velocidad se define como la proporción de cambio en el desplazamiento y se mide por lo general en in/s (pulgadas por segundo) o mm/s. La aceleración se define como la proporción de cambio en la velocidad y se mide en g (la aceleración promedio debida a la gravedad en la superficie de la tierra) o mm/s². El desplazamiento de un cuerpo que está sometido a un movimiento armónico simple es una onda sinusoidal. También la velocidad y la aceleración del movimiento son ondas sinusoidales. Cuando el desplazamiento está en su máximo, la velocidad vale cero, porque esa es la posición en la que la dirección del movimiento se invierte. Cuando el desplazamiento vale cero (en el punto de equilibrio), la velocidad estará en su máximo. Esto quiere decir que la fase de la onda de velocidad se desplazará hacia la izquierda 90 grados, comparada con la forma de onda del desplazamiento. En otras palabras, la velocidad está adelantada 90 grados con respecto al desplazamiento. La aceleración es la proporción del cambio de velocidad. Cuando la velocidad está en su máximo, la aceleración vale cero ya que la velocidad no cambia en ese momento. Cuando la velocidad

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vale cero, la aceleración está en su máximo en ese momento dado que es cuando más rápido cambia la velocidad. La curva sinusoidal de la aceleración en función del tiempo se puede ver de esta manera como desplazada en fase hacia la izquierda respecto a la curva de velocidad y por eso la aceleración tiene un avance de 90 grados respecto a la velocidad y de 180 grados respecto al desplazamiento.

2.3. Análisis espectral Cuando se mide la vibración de una máquina, se genera una información muy valiosa que es necesario analizar. El éxito de dicho análisis depende de la correcta interpretación que se le de a los espectros capturados con respecto a las condiciones de operación en que se encuentra la máquina. Los pasos típicos en el análisis de vibración son:

Identificación de los picos de vibración en el espectro: lo primero es identificar el pico de primer orden (1x), correspondiente a la velocidad de rotación del eje. En máquinas con múltiples ejes, cada eje tendrá su frecuencia de rotación característica 1x. En muchas ocasiones, los picos 1x del eje van acompañados de una serie de armónicos o múltiplos enteros de 1x. Existen armónicos de especial interés, por ejemplo, si se trata de una bomba de seis álabes, normalmente, habrá un pico fuerte espectral en 6x. Diagnóstico de la máquina: determinación de la gravedad de problemas de máquina basándose en las amplitudes y la relación entre los picos de vibración. Recomendaciones apropiadas para las reparaciones, basadas en la gravedad de los problemas de máquinas. 3. Materiales Utilizados FICHA TÉCNICA 1 Modelo: NK 100 TEKNIKAO Fondo de escala para medida amplitud: Aceleración: 200 o 20 m / s2 Velocidad: 200 o 20 mm / s. Desplazamiento: 2000 o 200 m.

de

Rango de frecuencia: 100 a 200.000 CPM en 3 pistas. Medida RMS real, 0 a Pico y norma ISO 2372. Tipo: Digital de 3 ½ dígitos en pantalla de cristal líquido

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FICHA TÉCNICA 2 VENTILADOR Modelo: 25CM – 5Q Nº de alabes: 6 Peso del 119.54 gr. rotor: Radio del 13 cm rotor: Tamaño: 250 mm Voltaje de 220 V entrada: Frecuencia: 50 Hz Potencia: 40 W 4. Desarrollo. 4.1. Descripción de las teclas del NK 100 TEKNIKAO

3

5

2 1

6

4 7 10

9

8

Fig. 5 1.

Tecla KCPM

Las siglas indican la unidad de Kilos ciclos por minuto Para empezar con el uso del equipo debemos saber a qué velocidad en rpm está girando la maquina esto lo podemos verificar en muchos casos en la placa de la misma por ejemplo Si la maquina gira a 1400 rpm ≈1 400 cpm ≈1.4KCPM, con lo cual elegimos la primera opción de 2 ya que es la que se encuentra dentro nuestro dato, como vemos en la fig. 2 indicada con el nro. 1 2. Tecla Range

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Selecciona una banda de amplitud de vibración en la unidad y norma de medida seleccionada. 3. Tecla Unit Selecciona una unidad de medida despejada: Aceleración (m/s2), Velocidad (mm / s) y desplazamiento (m). 4. Tecla Stand Selecciona la norma que se utilizará para la medida: ISO 2372,True RMS o valor 0 a pico. Cuando esta clave está enLa unidad siempre será en velocidad. 5. Tecla Chann Selecciona el acelerómetro de entrada 1 o 2. 6. Tecla Strob Selecciona el modo de funcionamiento de la unidad Estroboscópica: AUTO: La unidad estroboscópica se activará en fase con la señal de vibración filtrada. Esta función hace la sintonía del filtro con la señal de vibración. FASE: La unidad estroboscópica será accionada en fase con la señal de vibración filtrada y sintonizada manualmente, Indicando la fase del vector de desequilibrio. OSC: La unidad estroboscópica será accionada por un equipo oscilador interno ajustado manualmente, independiente de la señal de vibración 7. Tecla INDC Realiza la inversión de las indicaciones del bargraph (diagrama de barras) y display. 8. Tecla FILTER Enciende o apaga el filtro de frecuencia. 9. Tecla PLOT La frecuencia del filtro recorre la pista seleccionada lineal y automáticamente, permitiendo el registro del espectro de frecuencia. 10. Potenciómetro Sirve para regular la oscilación, trabaja con la luz estroboscópica. 4.2.

Pruebas A. Eje bien balanceado. En esta oportunidad solo apreciamos como el ventilador se comporta con el tacto, poniendo una mano sobre la carcasa para poder apreciar. B. Con desequilibrio de masa. En esta oportunidad sobre un alabe se colocó un pequeño trozo de plastilina y otra vez con el tacto apreciamos lo que pasaba y comparar con la prueba anterior.

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5. Recomendaciones Para un mejor aprovechamiento de los equipos del laboratorio es importante su cuidado del mismo, manipulándolos con el debido cuidado y siempre consultando al docente si es que no se tiene claro una indicación o procedimiento. Prestar atención a cada acción realizada para un mejor entendimiento de los que se está realizando. 6. Conclusiones El análisis de espectro con en equipo NK 100 TEKNIKAO será muy útil si bien en esta ocasión no lo empleamos es importante conocer como debe ser manipulado adecuadamente para aprovechar al máximo los datos que nos proporcione el mismo. Pudimos apreciar como la prueba de desequilibrio de masa puede ser un gran problema y en una máquina de grandes dimensiones difícil de detectar a simple vista, que con ayuda de los equipos adecuados podemos identificar la falla sin necesidad de desarmar la maquina lo que se seria costoso e innecesario con el equipo correcto. 7. Bibliografía  www.mecanicc.com/2014/08/tipos-de-vibraciones-armonica-periodica.html , Acceso 26/03/2016  www.solomantenimiento.com/m_preventivo.htm, Acceso 27/03/2017  www.elnuevodiario.com.ni/economia/286598-fallas-mantenimiento-inadecuado/, Acceso 27/08/2017  www.monografias.com/trabajos101/programa-mantenimiento-industrial/programamantenimiento-industrial.shtml#procesospa, Acceso 27/08/2017