El análisis de vibraciones, permite diagnosticar el estado de las máquinas y sus componentes mientras funcionan normalmente dentro de una planta de producción, es una de las tecnologías más utilizadas en el mantenimiento predictivo de las máquinas rotativas.
El mantenimiento predictivo aplica técnicas no destructivas en las máquinas para predecir cuando requieren operaciones de reparación o cambio de piezas. Una de ellas, y quizás la más utilizada es el análisis de vibraciones, que sirve para determinar el estado de cada uno de los componentes de los equipos con el fin de programar las actividades de mantenimiento respectivas, sin afectar al desarrollo normal de la planta de producción.
Con el desarrollo de esta tecnología, se consiguen equipos analizadores de vibración y paquetes informáticos que agilizan y facilitan el análisis de vibraciones, porque entregan al usuario las gráficas de las señales de las vibraciones ya sea en el dominio del tiempo o en la frecuencia para que se pueda realizar su interpretación y emitir un diagnóstico acertado.
Todas las máquinas generan vibraciones como parte normal de la actividad, sin embargo, cuando falla alguno de sus componentes, las características de estas vibraciones cambian, permitiendo bajo un estudio detallado identificar el lugar y el tipo de falla que se está presentando, su rápida reparación y mantenimiento.
El análisis de vibraciones está basado en la interpretación de las señales de vibración tomando como referencia los niveles de tolerancia indicados por el fabricante o por las normas técnicas.
Las fallas que se pueden detectar en las máquinas por medio de sus vibraciones son las siguientes:
- Desbalanceo
- Desalineamiento
- Defecto de rodamientos
- Ejes torcidos
- Desajuste mecánico
- Defecto de transmisiones por correa
- Defectos de engranajes
- Problemas eléctricos
Significado de vibración
En términos generales, una vibración es la oscilación de un cuerpo con respecto a un punto de referencia.
Los parámetros característicos de las vibraciones son:
Desplazamiento: indica la cantidad de movimiento que la masa experimenta con respecto a su posición de reposo.
Periodo: es el tiempo que tarda la masa en realizar un ciclo completo.
Frecuencia: es el número de ciclos que ocurren en una unidad de tiempo.
Velocidad: se refiere a la proporción del cambio de posición con respecto al tiempo.
Aceleración: proporciona la medida del cambio de velocidad con respecto al tiempo.
Debido a que las máquinas están formadas por múltiples piezas que trabajan en conjunto para lograr determinado objetivo, las vibraciones presentes en éstas, no son más que la suma de todas las señales de vibración provenientes de cada una de sus partes.
Debido a la complejidad que presentan las señales de las vibraciones, muchas veces, es necesario convertirlas en señales más sencillas para facilitar su análisis e interpretación. Esto se consigue transformando la señal al dominio de la frecuencia a través de las Transformada Rápida de Fourier (FFT), la cual captura la señal en el tiempo, la transforma en una serie de señales sinusoidales y finalmente las conduce al dominio de la frecuencia.
Hay que tener en cuenta que la conversión de una señal de vibración en un espectro de frecuencias requiere de una manejo matemático, que puede resultar un poco complicado.
En las industrias modernas, se cuenta con instrumentos especializados que miden las vibraciones entregando los espectros de frecuencia y la magnitud de sus parámetros.
El objetivo del mantenimiento basado en condición es conocer la condición de la maquinaria, de tal manera que se pueda determinar su operación de manera segura y eficiente. Las técnicas de monitoreo están dirigidas a la medición de variables físicas que son indicadores de la condición de la máquina y mediante un análisis, efectuar la comparación con valores de referencia de acuerdo a normatividad, para determinar si está en buen estado o en condiciones de deterioro.
Esta estrategia asume que hay características medibles y observables que son indicadores de la condición de la maquinaria.
El monitoreo de condición es una herramienta poderosa para una mayor productividad y competitividad.
La selección de la maquinaria para ser incluida en estos programas depende de un análisis de su criticidad, su costo, disponibilidad, sus requerimientos de seguridad y ambientales, la confiabilidad esperada y el impacto de su falla, entre otros.
Trabajo de campo, toma de vibraciones
La toma de vibraciones es ampliamente utilizada en mantenimiento, con el objetivo de vigilar el comportamiento dinámico mecánico de las máquinas rotativas.
La correcta utilización de esta tecnología en términos de cantidad de pruebas (tendencia), y el análisis espectral aportan información valiosa en el diagnóstico prematuro de fallas en los elementos rodantes, engranajes, bombas, compresores, ventiladores y muchas otras máquinas rotativas.
Se toman mediciones de amplitud vs. Frecuencia de vibración, en las direcciones horizontal, vertical y axial, en cada punto y en las siguientes unidades de:
Velocidad
En (mm / seg) para analizar problemas de desalineación, desbalanceo, solturas mecánicas, lubricación, problemas estructurales, base, resonancia, etapa de falla en un rodamiento etc.
Aceleración
(G´s) para analizar problemas a altas frecuencias piñones, cajas reductoras, daño de rodamientos etc.
Enveloping
(Ge) para analizar problemas de rozamientos mecánicos, desgastes en bujes, filtrar frecuencias especificas para análisis de rodamientos (frecuencias de pista exterior, interior, bolas, canastilla) etc.
Onda en el tiempo
(Tiempo / seg) para analizar problemas de engranajes, piñones con dientes picados, daño de rodamientos etc.
Medición de las vibraciones e interpretación de sus resultados
Los instrumentos que analizan la vibración capturan las señales por medio de sensores. Estos sensores se colocan directamente sobre la máquina en aquellos puntos susceptibles a fallas.
Por lo general, los ejes, son una de las piezas que se dañan con mayor frecuencia, por lo que un buen sitio para colocar los sensores está sobre los apoyos de los rodamientos puesto que por éstos se transmiten las vibraciones.
Un factor muy influyente en la calidad de las medidas, está en la conexión de los sensores, de forma tal, que está debe de estar perfecta y hacer un buen contacto con la estructura de la máquina para que se puedan tomar las lecturas en las tres direcciones, dos radiales: vertical y horizontal y una axial. La toma de medidas debe ejecutarse manteniendo iguales las condiciones de operación de la máquina, la ubicación de los sensores y el tiempo entre una medición y otra con el fin de que los datos obtenidos se puedan comparar entre sí.
Con los datos obtenidos de las mediciones, se realiza su interpretación usando técnicas de análisis que permitan conocer el estado de la máquina. Las técnicas más utilizadas son:
- Análisis de frecuencia: Este análisis se hace en base al espectro obtenido de la señal de vibración. El espectro está conformado por una gráfica cuyo eje horizontal corresponde a la frecuencia y el eje vertical a cualquiera de los siguientes parámetros: desplazamiento, velocidad o aceleración. Aunque la gráfica de estos tres parámetros son equivalentes entre sí, en alguna de ellas resulta más sencillo hacer su interpretación; en el caso de las máquinas rotatorias, la gráfica que más se utiliza es la de la velocidad. En este tipo de gráficas, la frecuencia es un indicativo de la causa que produce la vibración mientras que la amplitud indica la gravedad de la falla.
- Análisis de tiempo: Este análisis es un complemento al análisis de frecuencia puesto que sirve para confirmar diagnósticos en aquellas fallas que poseen espectros muy parecidos, estos problemas pueden ser, el desbalance, el desalineamiento y la holgura. También se utiliza cuando se presentan impactos, frotación y holgura, además de las máquinas de baja velocidad y cajas de cambio.
Fuente: Renovetec
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