Archivo con conceptos básicos sobre vibraciones mecánicas, causas e instrumentos para su medicion

1. Vibraciones mecánicas
ING. LUIS HUMBERTO BOLIVAR MORENO

2. Introducción
 Cada máquina rotativa presenta una vibración característica
que la diferencia de forma única, y se conoce comúnmente
como firma de vibración. Esta señal está totalmente
condicionada por su diseño, fabricación, uso y desgaste de cada
uno de sus componentes. Si el mecánico o ingeniero de
mantenimiento al cargo de un equipo industrial invierte su tiempo
y esfuerzo en conocer la naturaleza de la vibración que esta
presenta, no tardará mucho tiempo en lograr un importante
ahorro de costes de operación y mantenimiento.

3. Introducción
 La técnica de análisis espectral de vibraciones es la técnica más
extendida en el dominio del mantenimiento predictivo para la
detección de fallos en máquinas. Esto se debe al amplio rango
de problemas detectables y a la claridad con la que se
identifican. Este curso va dirigido a todos aquellos que quieran
iniciarse en el análisis de vibraciones o recordar algunas
cuestiones de base.

4. ¿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.

5. ¿ Por qué realizamos análisis de vibraciones?
Las máquinas con problemas fallan ocasionando:
Daños secundarios.
Tiempos muertos.
PRÁCTICAS DE MANTENIMIENTO.

6. Si medimos la vibración:
 Buscamos patrones.
 Buscamos variaciones.
 Detectamos problemas con suficiente tiempo y actuar adecuadamente.
 Desbalance, daños en rodamientos y su severidad.
 Reducción de costos.
 Mejorar tiempos de producción.

7. Malas técnicas de mantenimiento.
Mala mesa de diseño.
Mala instalación, ensamble o construcción.
¿ Por qué fallan las máquinas?

8. Cuatro etapas para la detección de problemas:
1. Detección:
Es verificar que máquinas tienen problemas.
2. Análisis:
Mediante estudio de espectros, formas de onda, tendencias y comparación histórica,
es posible detectar que problema existe y que tan severo es.

9. 3. Análisis de causa raíz:
Es determinar que es lo que generó la condición de falla del
equipo y realizar las recomendaciones y cambios necesarios
evitando que el problema se repita.
4. Verificación:
Cuando la máquina ha sido reparada debemos tomar mediciones
adicionales para garantizar que el problema fue reparado
adecuadamente.

10. Movimiento armónico simple
M
T
(1 ciclo)
Tiempo

11. Amplitud.
Es la severidad de la vibración, equivale a la altura de los ciclos.
Amplitud “Pico – a – Pico”
La amplitud pico a pico es la magnitud medida desde la parte inferior
hasta la parte superior del pico.

12. Amplitud “Pico”
La amplitud pico es la magnitud medida desde cero hasta la parte
superior del pico (ó inferior).
Para gráficas puramente sinusoidales.

13. Amplitud RMS
Raíz Cuadrática Media o RMS
Áreas iguales

14. Escala de factores
Cuando se comparan las
señales de vibración global, es
importante que estas sean
medidas en el mismo rango de
frecuencia y con la misma
escala de factores.
PEAK-PEAK
PEAK
RMS

15. RMS. “Raíz cuadrática media”
En el caso de una sinusoidal pura el valor RMS es de 0.707 veces el
valor pico.
La amplitud de la vibración siempre están dadas como niveles RMS,
Pico ó Pico – a – Pico.

16. Combinación de fuentes
0
+
-
0
+
-
0
+
-

17. 0
-
+
Tiempo
La forma de onda contiene todas las
diferentes frecuencias mezcladas.
Forma de Onda

18. Período y frecuencia.
Período.
Es el intervalo entre dos puntos equivalentes de una onda.
Frecuencia.
Es el número de repeticiones o períodos por unidad de tiempo.
 La frecuencia es el inverso de período.

19. Generalmente la frecuencia se describe en Ciclos Por Minuto (CPM)
 La frecuencia en ciclos por minuto es 60 veces el valor de la
velocidad en Hertz (Hz) ó ciclos por segundo.

20. Amplitud y Frecuencia
La frecuencia de la vibración indica la
fuente potencial del problema, también
‘que tan frecuente’ se repite el problema
por si mismo. La amplitud de la vibración
indica la severidad del problema.
Amplitud
Frecuencia

21. Velocidad y la forma de onda.
Con forme aumenta la velocidad, la frecuencia aumenta de igual forma
ya que es directamente proporcional.

22. Desplazamiento, Velocidad, Aceleración
Desplazamiento: Es el cambio en distancia o posición
de un objeto relativo a una referencia.
Velocidad: La variación del desplazamiento con
respecto al tiempo.
Aceleración: Es la variación con respecto al tiempo.

23. Relación entre las unidades de medición
Aceleración
(altas frec.)
Velocidad
(propósito general)
Desplazamiento
(bajas frec.)
600
cpm
600,000
cpm
FRECUENCIA
Hz
AMPLITUD
(mils, in/sec. ,g’s)

27. Unidades de medición
Desplazamiento: Mils o Micras
Velocidad: in/sec. o mm/sec.
Aceleración: G’s o Ft/sec. o m/sec.

28. Escala de factores
Cuando se comparan las señales de vibración global,
es importante que estas sean medidas en el mismo
rango de frecuencia y con la misma escala de
factores.
PEAK-PEAK
PEAK
RMS

29. Desbalance
La fuerza creada por un cuerpo rotatorio
cuando su centro de masa se desplaza
de su centro de rotación.
Centro de Masa = Centro de Rotación
Rotación
Punto Pesado
Centro de Masa Línea de Centro

30. Desbalance
Aparición de la 1X predominante en el espectro
a la velocidad de operación del equipo.

31. Desalineación
El desalineamiento es una condición en la que los centros geométricos
de dos o mas ejes acoplados no coinciden.
En casi todas las condiciones de desalineamiento se presenta una
combinación de ambos tipos de desalineamiento.
Desalineación Angular Desalineación Paralela

32. Desalineación Angular
Se da cuando los ejes se
encuentran en algún punto pero no
están paralelos.

33. Se da cuando los centros de línea
están paralelos pero no coinciden.
Desalineación Paralela

34. Causas de Desalineamiento
 Mal ensamble de componentes.
 Desplazamiento relativo entre componentes después del
ensamble.
 Deflexión de componentes por tuberías o soportes flexibles
 Expansión térmica.
 Mal maquinado de acoples.
 Problemas de pata coja o tornillos sueltos o flojos.

35. Excentricidad
Se da cuando el centro de rotación esta desplazado del
centro geométrico en una polea, piñón, rodamiento o
rotor. Los síntomas son muy similares al desbalance.
En maquinas de trasmisión por bandas, existirá vibración a
1X en ambos componentes, sin embargo, por la diferencia
de velocidades, dichos picos estarán a diferentes
frecuencias.

36. Este problema puede ser verificado quitando las bandas y
luego retomando las mediciones solamente del motor.
Excentricidad

37. Solturas Mecánicas
Este tipo de solturas mecánica es cuando por soltura
o debilitamiento de las patas, placa base o
cimentación de la máquina, también puede ser
causado por el grout deteriorado, tornillos de fijación
sueltos en la base o por exceso de pata suave.

38. Solturas Mecánicas
Este tipo de solturas mecánica es causada generalmente por
aflojamiento o soltura en los tornillos de sujeción de
chumaceras de apoyo, grietas en la estructura de apoyo o
grieta en los pedestales.

39. Este tipo de solturas mecánica normalmente
ocasionada por un contacto inapropiado
entre los componentes de un rotor
ocasionando múltiples armónicos debido a
la respuesta no lineal de los componentes
sueltos hacia las fuerzas dinámicas
provenientes del rotor.
Solturas Mecánicas

40. Eje Doblado
La condición de eje doblado o flexionado
generará vibración dominante 1X en axial,
sin embargo, también se presentará un
componente a 2X por la torsión del eje.

41. Problemas en Rodamientos

42. Rodamientos Torcidos
Esta es una condición que se considera
como una forma de desalineamiento,
genera vibración considerable en
sentido axial mostrando picos elevados
a 1X, 2X y 3X.
Debido a la alta vibración axial,
también podrá confundirse con un
problema de desalineamiento o con
desbalance de una maquina en
cantiléver. La presencia de armónicos a
2X y 3X indicaran la presencia de un
rodamiento torcido.

43. Las nueve etapas de falla en rodamientos
Daño en la pista Interna.
Daño en la pista Externa.
Daño a paso de elementos rodantes.
Daño a paso de jaula.

46. Primera Etapa
En la primera etapa, las frecuencias se encuentran en el
rango de 20 a 60 KHz y probablemente mas.
En esta etapa es normal en la operación del rodamiento
y no hay que alarmarse.

47. Segunda Etapa
Ahora podemos observar los daños para que el
rodamiento resuene como campana a su frecuencia
natural. Esta señal actúa también como una portadora ,
modulando la frecuencia de fallo del componente con
el problema.

48. Tercera Etapa
Ahora comenzamos a ver la presencia de frecuencias
de fallo. Primero veremos solamente las fundamentales
por si solos. Para este ejemplo se muestra la pista
interna.
Conforme el daño se hace mayor, la amplitud del pico
de BPFI aumentará.
Debemos aclarar que los rodamientos no siempre
muestran los patrones clásicos de degradación. Los
patrones de daño pueden aparecer y desaparecer
entre las mediciones.

49. Cuarta Etapa
Conforme el daño se hace mayor, las frecuencias de fallo
comenzarán a generar picos armónicos. Esto indica que
ya se están dando impactos.
Hay ocasiones en las que los armónicos aparecerán
antes que las frecuencias fundamentales se vean. Por lo
consiguiente busque cualquier pico no armónico y
verifique si muestra armónicos de ese pico.

50. Quinta Etapa
Conforme los datos se hacen mayores los niveles de
vibración aumentarán y aparecerán mas armónicos.
También aparecerán bandas laterales, dependiendo de
la naturaleza del daño, Los impactos serán mas
pronunciados.

51. Sexta Etapa
Ahora la amplitud de 1X aumentará y tendremos
armónicos de 1X. Esto puede atribuirse en las holguras,
producto de los daños.

52. Séptima Etapa
Para esta etapa las frecuencias fundamentales de fallo y
sus bandas laterales son remplazadas por
acumulaciones en el espectro esto se debe a la
cantidad de ruido o energía. En esta etapa podría oír el
rodamiento si se para muy cerca de la máquina.
Así mismo notamos que la tendencia de las mediciones
a alta frecuencia comienza a disminuir. Si usted toma
mediciones ultrasónicas y observa que la tendencia
decae no se alegre, por lo contrario, tómense un
momento para solicitar los nuevos rodamientos.

53. Octava Etapa
Las cosas se están poniendo feas, las
acumulaciones de energía aumentan la
cantidad de armónicos y sus amplitudes y
mas importante ahora tenemos el efecto de
piso elevado en todo o en varias secciones
del espectro. Ahora puede escuchar el
rodamiento, !El tiempo se acaba!

54. Novena Etapa
Muy bien se lo advertimos. En el espectro ahora estará
plano porque la máquina ya no esta en operación.

63. Resonancia
La resonancia ocurre cuando una frecuencia forzante,
como el desbalance o el desalineamiento, etc. Coincide
con la frecuencia natural del sistema y puede causar
amplificaciones sustanciales en los niveles de vibración, las
cuales pueden ser ocasionadas en fallas prematuras o
catastróficas.

66. Resonancia
La resonancia ocurre cuando una frecuencia forzante, en
este caso seria las bandas. Coincide con la frecuencia
natural del sistema y puede causar amplificaciones
sustanciales en los niveles de vibración, las cuales pueden
ser ocasionadas en fallas prematuras o catastróficas.