Introducción A La Tecnología De Vibraciones Español

Introducción a la tecnología de VIBRACIONES

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Filosofías de Mantención

• Mantención cuando falla • Mantención Preventiva (Programada) • Mantención Predictiva

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Mantención cuando falla • No hay mantención (Maquina corre hasta que falla) • Perdida de producción, Calidad reducida • Fallas catastróficas pueden llevar a daños extensivos (Reemplazo completo de la máquina) • Asuntos relacionados con la seguridad • Costos hasta tres veces mayores

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Mantención Preventiva o Programada • Ventajas - Desarmes e inspecciones periódicas –

Menor frecuencia de fallas y reparaciones

–

Permite programar trabajos, partes y procedimientos

• Desventajas –

Desarmes periódicos de máquinas criticas (y no criticas) es costoso y toma tiempo

–

Periodos e intervalos son difíciles de determinar 4

Mantención Predictiva • Envuelve la tendencia y el análisis de los parámetros de condición de la maquinaria – Vibración en máquinas – Análisis de aceite – Test de espesor ultrasónico – Análisis de corrientes de motor – Termografía Infrarroja – Temperatura de descansos

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Ventajas de la Mantención Predictiva: • Minimiza daños en las máquinas y permite programar trabajos y materiales para las paradas • Ayuda a eliminar costosos acercamientos de prueba y error para solucionar problemas • Permite a máquinas en buenas condiciones de operación continuar corriendo • Elimina reparaciones innecesarias • Mejora la seguridad y la calidad de funcionamiento 6

La mantención tradicional es costosa En Norte América: • 65% de la mantención es Correctiva • 30% de la mantención es Preventiva – De los cuales 60% es innecesaria • 5% es Predictiva

versus Costo relativo de mantención

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5

0

Correctivo

PM

Predictivo

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Que es Vibración? • Cualquier movimiento que se repite por el mismo en un intervalo de tiempo es llamado vibración u oscilación • Movimiento oscilatorio y cíclico de una máquina o componentes de ella desde su posición de descanso • Muy simple… – Una respuesta a una fuente de excitación (Campana)

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Mechanalysis • Es natural asociar el nivel de movimiento y el ruido con la condición de la máquina • Cada defecto en una máquina genera su propia y única vibración • Mechanalysis es el monitoreo de las características de una máquina (como las vibraciones) que nos permitirá fabricar una tendencia la cual nos hablará de su condición

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Causas de las Vibraciones: • Fuerzas que cambian de dirección en el tiempo (Desbalance rotatorio) • Fuerzas que cambian de amplitud o intensidad en el tiempo (Problemas en motores) • Fuerzas de Roce (Roce en Motores) • Fuerzas que causan impactos (Defectos en rodamientos) • Fuerzas generadas aleatoriamente (Turbulencia)

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Causas comunes de vibración: • • • • • • • •

Desalineamiento Desbalance Soltura Excentricidad Rodamientos defectuosos Resonancia Problemas eléctricos Fuerzas Aerodinámicas / Hidráulicas

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Las fuerzas son Dinámicas • Aumento de las fuerzas dinámicas reducen la vida de los rodamientos drásticamente • La amplitud de vibración en máquinas es directamente proporcional a la cantidad de fuerzas dinámicas generadas • Si la fuerza generada es disminuida, la vibración disminuye y la vida de la máquina aumenta

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Programa de Mantención Predictivo basado en el análisis de Vibraciones • Monitoreo de condición consiste en cuatro pasos lógicos – Detección – Análisis – Corrección – Verificación

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Detección • Datos precisos de vibración son colectados en modo de ruta • Analizadores, colectores de datos, y monitoreo continuo • Bases de datos son llenadas en un computador • Se correlacionarán con otros datos que no son vibración

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Detección (Construyendo una base de datos) • Identificar parámetros a medir – Vibración (Desplazamiento, Velocidad, Aceleración, Spike Energy) • Identificar direcciones (H, V, A) • Identificar posiciones (Rodamientos) donde las lecturas serán tomadas

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Numeración convencional (Construyendo una base de datos)

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Detección (Construyendo una base de datos) • Establecer alarmas y niveles de peligro – Por experiencia – De acuerdo a recomendaciones del fabricante – Especificaciones publicadas por la empresa – Tablas de severidad – Tablas de alarmas globales

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Detección (Construyendo una base de datos) • Establecer especificaciones para colección de espectros (FFT) • Organizar máquinas en una ruta • Determinar intervalos de colección • Construir base de datos puede ser largo pero el programa lo hace fácil

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Tendencia

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Espectro

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Análisis • El modo de detección ha encontrado un “problema” • Marcar la naturaleza del problema • Puede requerir más información detallada – Datos de frecuencia de vibración – Lecturas globales adicionales – Datos de fase de vibración – Otros datos (i.e.: partículas en el aceite)

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Análisis Evaluar Basado en: • • • • •

Amplitud Frecuencia Fase Tendencia Gráficos de espectro (Dominio de la Frecuencia) • Onda en el tiempo (Dominio del Tiempo) • Diagramas en cascada

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Cascada

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Corrección • Mantenedores pueden programar de acuerdo a la urgencia de los problemas y en el tiempo que mejor acomode las necesidades de la operación de la empresa • Fallas como rodamientos malos, fallas en engranajes y desalineamiento pueden ser corregidos utilizando procedimientos bien conocidos por la mayoría del personal de mantención • Se necesita retroalimentación de los resultados 24

Corrección • Acción correctiva puede ser – balanceo – alineamiento – cambio de aceite – fijación de bases – reemplazo – apretar – soltura – cambio – aumentar – disminuir 25

Aplicaciones Adicionales • • • • •

Inspecciones Estándares de aceptación para máquinas Control de calidad Ingeniería Servicio de campo

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Características del Sistema • Características del sistema que determinan como una máquina particular reacciona a las fuerzas: • La Masa del sistema de vibración • La Rigidez del sistema vibrante • Las cualidades amortiguantes del sistema – Fuerza Vibrante = Ma + Rv + Kx • La fuerza vibrante trata de causar la vibración • M, C y K tratan de minimizar la vibración

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Características de la Vibración • Frecuencia -

• CPM o Hertz

• Amplitud -

• • • •

• Fase -

• Movimiento Relativo

Desplazamiento Velocidad Aceleración Spike Energy

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Frecuencia • Medición del número de ciclos de vibración que ocurren en un periodo especifico de tiempo • Nos dice a que razón la vibración esta ocurriendo

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Concepto simple de una onda en el tiempo

• El papel avanza al tiempo que el bloque oscila para arriba y abajo

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FREQUENCIA • El tiempo requerido para completar un ciclo de vibración • Inverso al periodo • Se mide en Hz /CPM • Convertido por un factor de 60 • CPM tiene relación directa con RPM

FREQUENCY = 1/PERIOD

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Necesidad de la Frecuencia • Esencial para encontrar la causa del problema en la máquina • La mayoría de los problemas de vibración exhiben frecuencias relacionadas con la velocidad de giro de las máquinas • Proceso de eliminación para encontrar la falla exacta de la máquina • Problemas no siempre múltiplo de las RPM

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Frecuencias comunes de fallas • • • •

1xRPM - Desbalance 2xRPM – Desalineamiento o soltura Frecuencias de línea eléctrica Frecuencias de paso de alabes o aspas Alabes o Aspas x RPM • Frecuencias de engrane # de dientes en el engranaje X RPM del engranaje • Frecuencia de defecto en rodamientos

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Frequency In Terms Of RPM

Most Likely Causes

1 x RPM

Unbalance

2 x RPM

Mechanical Looseness

3 x RPM

Misalignment

Less than 1 x RPM

Oil Whirl (less than 1/ 2 RPM

Synchronous (A.C. Line Frequency) 2 x Synch. Frequency Many Times RPM (Harmonically Related Freq.)

Electrical Problems Torque Pulses Bad Gears Aerodynamic Forces Hydraulic Forces Mechanical Looseness

Reciprocating Forces High Frequency Bad Anti-Friction (Not Harmonically Bearings Related)

Other Possible Causes & Remarks 1) Eccentric journals, gears or pulleys 2) Misalignment or bent shaft - If high axial vibration 3) Bad Belts - If RPM of belt 4) Resonance 5) Reciprocating forces 6) Electrical problems 7) Looseness 8) Distortion - soft feet or piping strain 1) Misalignment - if high axial vibration 2) Reciprocating forces 3) Resonance 4) Bad belts - if 2 x RPM of belt Usually a combination of misalignment and excessive axial clearances (looseness). 1) Bad drive belts 2) Background vibration 3) Sub-harmonic resonance 4) "Beat" Vibration Common electrical problems include broken rotor bars, eccentric rotor unbalanced phases in poly-phase systems, unequal air gap. Rare as a problem unless resonance is excited Gear teeth times RPM of bad gear Number of fan blades times RPM Number of impeller vanes times RPM May occur at 2, 3, 4 and sometimes higher harmonics if severe looseness 1) Bearing vibration may be unsteady - amplitude and frequency 2) Cavitation, recirculation and flow turbulence cause random, high frequency vibration 3) Improper lubrication of journal bearings (Friction excited vibration) 4) Rubbing

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La Vibración Real es Compleja

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La Vibración Real es Compleja

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Espectro Resultante (FFT)

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Otro Ejemplo

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Espectro Resultante (FFT)

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Términos en el Espectros • Frecuencia Predominante – Mayor Amplitud • Frecuencias Sub-sincrónicas - Bajo 1xRPM • Frecuencia Fundamental – La m´s baja de las frecuencias asociada con un problema particular • Frecuencia Armónica – Multiplo exacto de la frecuencia fundamental • Frecuencia de Orden – Mismo que Armonica • Frecuencia Sub-armónica – Sub-multiplo exacto de la frecuencia fundamental 40

Espectro Típico

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Amplitud

• Magnitud de la señal de vibración – Desplazamiento (Micrones) – Velocidad (mm/s) – Aceleración (g’s) – Spike Energy (g/SE) 42

Tabla de severidad T.C. Rathbone

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Tabla de severidad Entek IRD

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Tabla de Alarmas Globales M A C H IN E T Y P E C o o lin g T o w e r D r iv e s L o n g H o llo w D r iv e S h a ft C lo s e C o u p le d B e lt D r iv e C lo s e C o u p le d D ir e c t D r iv e

G OOD

F A IR

ALARM

0 - .3 7 5 0 - .2 7 5 0 - .2 0 0

.3 7 5 - .6 0 0 .2 7 5 - .4 2 5 .2 0 0 - .3 0 0

.6 0 0 .4 2 5 .3 0 0

0 0 0 0 0

-

.3 2 5 .2 7 5 .2 0 0 .2 0 0 .1 5 0

.3 2 5 .2 7 5 .2 0 0 .2 0 0 .1 5 0

-

.5 0 0 .4 2 5 .3 0 0 .3 0 0 .2 5 0

.5 0 0 .4 2 5 .3 0 0 .3 0 0 .2 5 0

0 0 0 0 0 0 0 0

-

.3 0 0 .2 7 5 .2 5 0 .2 5 0 .2 0 0 .1 7 5 .1 7 5 .1 5 0

.3 0 0 .2 7 5 .2 5 0 .2 5 0 .2 0 0 .1 7 5 .1 7 5 .1 5 0

-

.4 5 0 .4 2 5 .3 7 5 .3 7 5 .3 0 0 .2 7 5 .2 7 5 .2 5 0

.4 5 0 .4 2 5 .3 7 5 .3 7 5 .3 0 0 .2 7 5 .2 7 5 .2 5 0

0 - .2 7 5 0 - .2 0 0

.2 7 5 - .4 2 5 .2 0 0 - .3 0 0

.4 2 5 .3 0 0

0 - .2 5 0 0 - .2 0 0 0 - .1 5 0

.2 5 0 - .4 0 0 .2 0 0 - .3 0 0 .1 5 0 - .2 2 5

.4 0 0 .3 0 0 .2 2 5

0 - .1 7 5 0 - .1 5 0

.1 7 5 - .2 7 5 .1 5 0 - .2 2 5

.2 7 5 .2 2 5

0 0 0 0 0 0 0

-

.3 7 5 .3 2 5 .2 5 0 .2 0 0 .2 0 0 .2 0 0 .1 2 5

.3 7 5 .3 2 5 .2 5 0 .2 0 0 .2 0 0 .2 0 0 .1 2 5

-

.6 0 0 .5 0 0 .4 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .2 0 0

.6 0 0 .5 0 0 .4 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .3 0 0 .2 0 0

0 0 0 0 0 0

-

.1 0 0 .1 5 0 .1 0 0 .0 7 5 .0 5 0 .0 3 0

.1 0 0 .1 5 0 .1 0 0 .0 7 5 .0 5 0 .0 3 0

-

.1 7 5 .2 2 5 .1 7 5 .1 2 5 .0 7 5 .0 5 0

.1 7 5 .2 2 5 .1 7 5 .1 2 5 .0 7 5 .0 5 0

C o m p res s o rs R R C C C

e c ip r o c a tin g o ta ry S c re w e n trifu g a l w ith o r w ith o u t E x te r n a l G e a r b o x e n t r i f u g a l - In t e g r a l G e a r ( A x ia l M e a s . ) e n t r i f u g a l - In t e g r a l G e a r ( R a d ia l M e a s . )

B lo w e r s (F a n s ) L o b e -T y p e R o ta ry B e lt- D r iv e n B lo w e r s G e n e r a l D ir e c t D r iv e F a n s ( w ith C o u p lin g ) P r im a r y A ir F a n s L a r g e F o r c e d D r a ft F a n s L a r g e In d u c e d D r a f t F a n s S h a ft- M o u n t e d In te g r a l F a n ( E x te n d e d M o to r S h a ft) V a n e - A x ia l F a n s

M o to r /G e n e r a to r S e ts B e lt- D r iv e n D ir e c t C o u p le d

C h ille r s R e c ip r o c a tin g C e n tr ifu g a l ( O p e n - A ir ) - M o to r & C o m p . S e p a r a te C e n t r i f u g a l ( H e r m e t i c ) - M o t o r & Im p e ll e r s In s i d e

L a r g e T u r b in e /G e n e r a to r 3 6 0 0 R P M T u r b in e /G e n e r a to r s 1 8 0 0 R P M T u r b in e /G e n e r a to r s

C e n tr ifu g a l P u m p s V e r tic a l P u m p s ( 1 2 ' - 2 0 ' H e ig h t) V e r tic a l P u m p s ( 8 ' - 1 2 ' H e ig h t) V e r tic a l P u m p s ( 5 ' - 8 ' H e ig h t) V e r tic a l P u m p s ( 0 ' - 5 ' H e ig h t) G e n e r a l P u r p o s e H o r iz o n ta l P u m p ( D ir e c t C o u p le d ) B o ile r F e e d P u m p s H y d r a u lic P u m p s

M a c h in e T o o ls M o to r G e a r b o x In p u t G e a r b o x O u tp u t S p in d le s : a . R o u g h in g O p e r a tio n s b . M a c h in e F in is h in g c . C r itic a l F in is h in g

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Guía Global de Velocidad

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Tabla de severidad en aceleración

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Determinando límites de Vibración • Experiencia • Recomendación del Fabricante (Garantías) • Especificaciones corporativas publicadas (Comités) • Tablas de Severidad de Vibración • Tablas de Alarma Global • Comparación con equipos similares • Si una larga tendencia de una máquina dada, muestra un nivel constante, esto puede ser considerado como normal para esa máquina 48

Determinando Límites de Vibración • Si no esta seguro que el nivel es normal – Compárelo con una máquina idéntica • Si más alto que el promedio, analice

– Chequee aumentos de nivel de vibración

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Cuando utilizar Desplazamiento, Velocidad o Aceleración Amplitud Falla Unidades Frecuencia Desplazamiento Stress micrón pk-pk < 600 CPM Velocidad Fatiga mm/s pk 600-120K CPM Aceleración Fuerza g’s pk >120K CPM

• La fatiga es la principal causante de fallas, pero el stress y la fuerza pueden causar fallas también

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Contorno de igual severidad

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Factores que Afectan la Amplitud • Si el montaje es rígido o montado sobre amortiguador • Lo que la máquina hace (ej. Molino de martillo)

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Spike Energy • Parámetro especial de amplitud obtenido utilizando filtros específicos • Primera indicación de problemas en elementos rodantes de rodamientos • Circuitos especiales detectan muy altas frecuencias, corta duración de pulsos de energía, generados por defectos como rayones en pistas de rodado

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Defectos en Rodamientos • Defectos en rodamientos causan altas frecuencias con comparativamente baja amplitud • Aun etapas avanzadas de falla pueden mostrar pequeños aumentos en Desplazamiento, Velocidad o Aceleración

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Los circuitos Spike Energy utilizan filtros pasa banda

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Tabla de flujo simplificado del proceso de obtención de la señal Spike EnergyTM

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Tabla de severidad Spike Energy

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Consideraciones Spike Energy • Lecturas deben hacerse directamente sobre el rodamiento • Minimizar interfaces • Consistencia entre mediciones Siempre utilizar el mismo acelerómetro • El montaje del transductor hace la diferencia • Hacer tendencia de Niveles Globales

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El montaje hace la diferencia

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Fase  Fase

es la manera de determinar el movimiento relativo entre dos o más partes de la máquina.  Lecturas de fase solo tienen relación cuando se comparan con otras lecturas de fase y una referencia común

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Fase (continuación) • Utilizado como una herramienta de análisis para encontrar problemas que ocurren al rededor de 1xRPM – Desbalance, Ejes doblados, Desalineamiento, Solturas, Resonancia, Excentricidad • Medido con lámpara estroboscopica o disparador digital • Esencial para balanceo • Estudios de distorsión – Muestra la distorsión en una máquina 61

Fase Relativa • Lecturas comparativas de fase muestran como la máquina esta vibrando

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Fase obtenida digitalmente

• El tacómetro láser es apuntado al eje rotatorio el que debe tener una cinta reflectante • La cinta interrumpe el láser creando una señal que es enviada al analizador y comparada contra una posición arbitraria en la onda en el tiempo

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Lectura de la fase digital (Fotocelda o Tacómetro Láser)

• La lectura de fase obtenida digitalmente es generalmente más precisa que la obtenida con una lámpara estroboscopica

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Que es una FFT? • También conocida como Espectro en el dominio de la frecuencia • Grafico de la vibración Amplitud vs. Frecuencia • Todas las frecuencias en un rango elegido están separadas y mostradas como picos individuales, cada uno teniendo su propia amplitud • La herramienta de análisis más utilizada

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Que es un espectro?

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