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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
                            MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                     Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                   Departamento de Mecánica

                                             Facilitadores: Mino Urbani Brito / Dayana Méndez

CARRERA:                                    TECNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
                                                        MECANICA

UNIDAD CURRICULAR:                                  VIBRACIONES DE MAQUINAS

COMPONENTE:                                         CICLO DE ESPECIALIZACION

CÓDIGO:                                                       3004-VIM-02-4

SEMESTRE:                                                            IV

PRELACIÓN:                                                   3003-RDM-02-4

HORAS TEÓRICO/PRÁCTICO:                                               2

HORAS PRÁCTICAS:                                                      3

HORAS SEMANALES:                                                      5

UNIDAD CREDITO:                                                       4

PERÍODO ACADÉMICO:                                                 2007-I


                                        INTRODUCCIÓN:

La asignatura Vibraciones de máquinas que se dicta en el cuarto semestre del ciclo de
especialización del IUTEB tiene el propósito de mostrar en forma didáctica y sencilla, una
introducción al mundo de las vibraciones aplicadas al diagnóstico de fallas; además de despertar el
interés en el alumno para explorar el amplio campo de las vibraciones.

Por otra parte, el mantenimiento todos los días está evolucionando, y con él, también se ha
incrementado el uso de los instrumentos electrónicos de medición, de tal manera que empresas
industriales de toda envergadura, están complementando su visión de realizar mantenimientos
correctivos y preventivos para asegurar disponibilidad, con un mantenimiento proactivo que alberga
conceptos relativamente nuevos tales como confiabilidad, mantenimiento basado en condición de
aseguramiento de la calidad del mantenimiento, dando la oportunidad, que la disponibilidad de las
máquinas aumentan, las intervenciones disminuyen y el cumplimiento de los compromisos de
producción queda asegurado.

El Recurso Humano Proactivo es la clave y la Tecnología es la principal herramienta de esta gestión.


                                                                                                2007 I

                                                                                   Mino Urbani Brito   1
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Unidad I: Conceptos básicos de la vibración

Objetivos Específicos:

   Analizar el fenómeno de la vibración.
   Evaluar las causas de la vibración.
   Distinguir las características de la vibración.
   Evaluar la severidad de la vibración.

Contenido:

 Vibración:
  • Causas.
  • Características, importancia y unidades de medición.
 Espectro de la vibración.
 Severidad de la vibración.

Vibración:

La vibración es el movimiento de vaivén que realiza una máquina o componente mecánico, con
respecto a su posición de equilibrio de funcionamiento, debido a una fuerza interna o externa que
cambia de dirección o intensidad.
                                                                             El     movimiento      más
                                                                             sencillo que pueda existir
                                                                             es el movimiento en una
                                                                             dirección, de una masa
                             Límite superior                                 controlada por un resorte
    Cresta                                                                   único.     Este    sistema
                                                                             mecánico       se    llama
                  T
                                                                             sistema resorte / masa y
                                                              Punto          es el método mas sencillo
                                                              Neutro         para      demostrar      la
                                                                             vibración y es típico para
             Fig. 1: Vibración de un sistema de resorte / masa
                                                                             todas las máquinas por
                             Cresta a cresta      rms    Límite inferior     sus propiedades similares
                                                                             al sistema.


Hasta que no se aplique una fuerza a la masa para producir su movimiento no habrá vibración. Si se
desplaza la masa, hasta una cierta distancia del punto de equilibrio, y después se suelta, el resorte la
regresará al equilibrio. Para entonces, la masa tendrá algo de energía cinética y rebasará la posición
de descanso y desviará el resorte en la dirección opuesta. Perderá velocidad hasta pararse en el otro
extremo de su desplazamiento donde el resorte volverá a empezar el regreso hacia su punto de
equilibrio. El mismo proceso se volverá a repetir con la energía transfiriéndose entre la masa y el
resorte, desde energía cinética en la masa hasta energía potencial en el resorte, y regresando hasta

                                                                                       M
                                                                                       Mino Urbani Brito   2
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que la fuerza aplicada desaparezca. Esto indica que la vibración es la reacción de un sistema a
una excitación, estimulo o fuerza interna o externa aplicada al mismo.

Causas:

Las causas de la vibración reside en los problemas mecánicos, entre los más comunes son (en la fig.
2 se representan algunas de estas causas):
1.- Desbalance de las piezas rotativas.
2.- Falta de alineación en acoples y rodamientos.
3.- Engranajes desgastados, excéntricos o dañados.
4.- Ejes vencidos.
5.- Bandas o cadenas de transmisión en precaria condiciones.
6.- Rodamientos y chumaceras deteriorados.
7.- Desviaciones del par de torsión.
8.- Fuerzas electromagnéticas.
9.- Fuerzas aerodinámicas.
10.- Fuerzas hidráulicas.
11.- Aflojamiento.
12.- Rozamiento.
13.- Resonancia.




      1                7                12                           2    3           4     6 (11)



                Fig 2: Causas más comunes que originan vibraciones en maquinarias.


Características, importancia y unidades de medición:

La condición de una máquina y sus problemas mecánicos se determinan midiendo las características
de su vibración, que varían de acuerdo a la causa que la ocasiona. Al medir estas características, se
pueden descubrir y describir el movimiento vibratorio indeseable de una máquina; y al considerar
cada una de ellas como síntomas del equipo, se puede diagnosticar el funcionamiento de la máquina
o en su defecto la presencia de un problema eminente.

                                                                                    Mino Urbani Brito   3
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A continuación se presentan las características más relevantes que determinan la vibración en
maquinarias, se utiliza el gráfico del movimiento de la masa en función del tiempo, de la fig. 1,
como referencia para la introducción de cada una de ellas:

1.- Frecuencia:

    La frecuencia de la vibración es el tiempo en que tarda la masa para ir y regresar a una misma
    posición o en forma técnica, es la medida de la cantidad de ciclos completos que acontecen en
    un periodo de tiempo específico. Este tiempo se denomina “periodo de vibración” (T), que es la
    cantidad de tiempo requerido para llevar a cabo un ciclo completo de un espectro de vibración.
    De manera tal que la frecuencia viene dada, entonces, por el inverso del periodo (f = 1/T) y
    generalmente es expresada como cantidad de ciclos que se generan en un minuto (cpm). En el
    mismo orden, en los equipos rotativos, se mide en término de velocidad, revoluciones por
    minuto (rpm), de fácil relación con la frecuencia; y por último, se puede especificar por la
    cantidad de ciclos por segundo “Hertz” (Hz), lo que quiere decir que 60 Hz = 1 cpm. La
    frecuencia determina el origen del problema.

2.- Amplitud:

    La amplitud es la magnitud de la vibración, o la cantidad de desplazamiento, velocidad o
    aceleración de la vibración, medida desde el valor en reposo. La amplitud de una señal de
    vibración que se puede expresar en términos de:

    A.-   Nivel “pico a pico” o “valor de cresta a cresta” para el desplazamiento: Es la distancia
          total recorrida por la pieza vibrante de uno a otro límite extremo del recorrido y su unidad
          es el µm = 0,001 mm en el Sistema Internacional (S.I) y 0,001 pug en el Sistema Ingles.
          El desplazamiento determina la magnitud de la vibración.

    B.-   Nivel "pico" o “valor cresta” para la velocidad: La pieza vibrante se mueve con velocidad
          que cambia constantemente durante el ciclo. Esto se observa en los extremos en donde el
          valor de la velocidad tiende a cero motivado a que la pieza se detiene para cambiar en la
          dirección opuesta, alcanzando el valor máximo en el punto neutro. Esta es la razón por la
          cual se toma el valor de cresta más elevada para los efectos de la medición de la vibración
          en función de la amplitud y su unidad es el mm/s en el Sistema Internacional (S.I) y pug/s
          en el Sistema Ingles. La velocidad determina la severidad de la vibración.

    C.-   Nivel “rms” (valor efectivo o raíz media de los cuadrados) para la aceleración: La
          aceleración desde el punto de vista técnico es el coeficiente de cambio de la velocidad de
          la pieza vibrante. Cada vez que la pieza alcanza una velocidad cero al llegar a los límites
          extremos del recorrido tiene que acelerar para adquirir velocidad nuevamente y diminuye
          hasta cero a medida que la pieza llega al punto neutro en donde la velocidad es máxima.
          La aceleración de la vibración se mide en función de múltiplos de la constante de la
          gravedad en la superficie terrestre (g = 9806.65 mm/s2 en el S.I. y g = 386.087 pulg/s2 en
          el Ingles). La aceleración determina la magnitud de la fuerza de vibración.



                                                                                     Mino Urbani Brito   4
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    En la tabla siguiente se da la relación entre las distintas unidades de la amplitud de la vibración
    de una pieza. Esto se logra ya que la forma de onda que describe el sistema de resorte / masa es
    de movimiento sinusoidal. Es lógico observar en la fig 1, que si el valor de cresta a cresta es 1,
    el valor de cresta es la mitad (0,500); y, por otra parte el término valor efectivo generalmente se
    utiliza cuando la vibración es aleatoria o es constituida por una serie de vibraciones
    sinusoidales de diferentes frecuencias. El valor efectivo es una medición de la energía eficaz
    utilizada para generar las vibraciones de la máquina y para un movimiento sinusoidal este valor
    se obtiene multiplicando el valor de la cresta por el inverso de raíz de 2.

      Tabla Nro. 1: Conversiones de las unidades de la amplitud
      Multiplicar la cantidad de: Cresta a cresta        Cresta                 Valor efectivo (rms)
      Para obtener:
      Cresta a cresta                 1,000              2,000                          2,828
      Cresta                          0,500              1,000                          1,414
      Valor efectivo (rms)            0,354              0707                           1,000

3.- Fase:

    La fase se define como la posición de una pieza vibrante
    en un momento dado con referencia a un punto fijo u
    otra pieza vibrante y se expresa en grado. Las
    mediciones de fase ofrecen un método conveniente para
    comparar un movimiento vibratorio con otro y/o para
    determinar el tipo de vibración de una pieza en relación
    con otra. En el sentido práctico, La fase es el
    complemento de identificación de la vibración.                     Fig. 3: Relación entre fase

4.- Energía de impulso:

    La energía de impulso o “spike energy” se trata de una cantidad abstracta que no puede
    relacionarse con un sistema resorte / masa como las características anteriores, ya que se refiere
    a la medida de energías de impulsos caracterizados por muy breve duración, alta frecuencia y
    similares a picos. La energía de impulso es ideal para medir la vibración aleatoria que no
    cumple con patrones especiales que se repiten constantemente o es demasiado difícil de detectar
    donde comienza o termina un ciclo y esta asociada generalmente a turbulencia en ventiladores
    y bombas; en defectos en las superficies de los elementos rodantes como engranajes o
    rodamientos; rozamiento, impacto y contacto entre metal y metal; fuga de vapor o pérdida de
    aire a alta presión y cavitación. La energía de impulso es básicamente una medida de la
    aceleración de la vibración, por lo que se expresa en unidades propias “g SE”.


       gSE


                                                                                               Tiempo
                          Fig. 4: Forma de onda de de una vibración aleatoria

                                                                                      Mino Urbani Brito   5
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5.- Otras características adicionales que deben tomarse en cuenta en el análisis de vibraciones son:

    A.-   Frecuencia inducida: Es la frecuencia de la fuerza vibratoria que causa la vibración
          inducida, o que obliga a la máquina o estructura a vibrar a la misma frecuencia de la
          fuerza vibratoria.

    B.-   Frecuencia natural: Es la frecuencia a la cual vibra una máquina o estructura cuando
          está sometida a una vibración espontánea, debido a que depende de las características
          estructurales de la máquina, tales como su masa, su rigidez y su amortiguación,
          incluyendo los soportes y tuberías adjuntas a ella. La vibración espontánea es la que se
          genera cuando se deja que una máquina vibre sin la presencia de fuerza extrema (cuando
          se elimina la vibración inducida).

    C.-   Frecuencia de resonancia: Es la frecuencia a la que se produce la coincidencia entre una
          frecuencia natural y una de inducción: y la vibración aumenta a medida que la frecuencia
          de inducción se acerca a la frecuencia natural.

Espectro de la Vibración:

Hasta ahora se ha visto vibraciones en el dominio del tiempo, que son señales directas de la
máquina. En estas señales se encuentra plasmada toda la información acerca del comportamiento de
cada componente de la máquina, existiendo un problema a la hora de realizar un diagnóstico. Estas
señales están cargadas de mucha información en forma muy compleja, la cual comprende las señales
características de cada componente de la máquina, por lo cual prácticamente queda imposible
distinguir a simple vista sus comportamientos característicos. Esto es lo que se conoce como
Vibración Compuesta que es distinguida por una señal compuesta resultado de la sumatoria de
varias señales sinusoidales que comprenden cada uno de los componentes que se encuentran en la
máquina, mas todos los golpeteos y vibraciones aleatorias.




                                 Fig. 5: Vibraciones Compuestas
                                                                                    Mino Urbani Brito   6
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Existen otras formas para realizar un estudio de vibraciones, entre las cuales se encuentra mirar esta
señal en el dominio de la frecuencia. Esta es la gráfica de Amplitud vs. Frecuencia y es conocida
con el nombre de espectro, que es la mejor herramienta que se tiene actualmente para el análisis de
maquinaria.
Fue precisamente el matemático francés Jean Baptiste Fourier (1768 – 1830) quien encontró la
forma de representar una señal compleja en el dominio del tiempo por medio de series de curvas
sinusoidales con valores de amplitud y frecuencia específica.
El analizador de espectros que trabaja con la transformada rápida de Fourier es capturar una señal
desde una máquina, luego calcula todas las series de señales sinusoidales que contiene la señal
compleja y por último las muestra en forma individual en el eje X de la frecuencia. En la siguiente
ilustración, de tres dimensiones (Fig. 6), se puede notar claramente la señal compleja (en color
verde), capturada desde una máquina. A dicha señal se le calculan todas las series de señales
sinusoidales en el dominio del tiempo (vistas en azul) y por último se muestra cada una en el
dominio de la frecuencia (vistas en rojo).




        Fig. 6: Señales en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia (Espectro)


Severidad de la vibración:

El objetivo principal de usar un control de la vibración en maquinaria es la de descubrir los
problemas de un equipo en lo que se refiere a vibración en su etapa inicial y poder programar el
procedimiento de corrección adecuado. La idea principal es la de predecir con suficiente
anticipación los problemas en formación y no determinar que tanta vibración puede soportar un
equipo ante de que falle.
Los eventos que rodean el desarrollo de una falla mecánica debido a la vibración son complejos,
para poder establecer un límite confiable, que si se sobrepasa, tendría como resultado una rotura
inmediata de la máquina. Hay que tener un indicador general de la condición de la máquina que
pueda ser evaluada en base a la amplitud de la vibración; esto es posible utilizando pautas generales
que han sido desarrolladas a través de la experiencia adquirida durante muchos años.
Para determinar la condición de una máquina puede ser utilizado como guía general un gráfico o
tabla de severidad de la vibración. Este gráfico o tabla pueden ser de mucha ayuda para visualizar y
                                                                                     Mino Urbani Brito   7
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alarmar al usuario que tan peligroso puede convertirse el funcionamiento de un equipo. En la tabla
1, se muestra un gráfico de severidad en donde se presentan los rangos de severidad de vibración de
los diferentes niveles de alarma, y los factores de servicio para cuatro tipos de máquina, según la
norma ISO 2372. La mayoría de las máquinas están contenidas en estos rangos de clasificación.


 Tabla Nro. 1: Severidad de vibración para diferentes clases de máquinas (Normas 2372)

             Velocidad                                  Clases de máquinas

      RMS             (mm/s)        CLASE I        CLASE II        CLASE III     CLASE IV
      0.28             0.3960
      0.45             0.6364             A
                                                          A
      0.71             1.0041                                             A
                                                                                         A
      1.12             1.5839              B
       1.8             2.5456                             B
       2.8             3.9598             C                               B
       4.5             6.3640
                                                          C                              B
       7.1            10.0409             D                               C
      11.2            15.8392
                                                                                         C
       18             25.4558                                             D
       28             39.5980                             D
       45             63.6396                                                            D
       71            100.4092

                   Partes individuales de motores y máquinas, conectadas de una manera integral
 Clase I
                   a la máquina (Motores < 15 Kw)
                   Máquinas de tamaño medio (15 a 75 Kw) sin fundaciones o bases especiales,
 Clase II
                   máquinas rígidamente montadas sobre fundaciones especiales (< 30 Kw)
                   Máquinas rígidamente montadas en la dirección de la medición de la
 Clase III
                   vibración
                   Máquinas grandes montadas relativamente con pocas rigidez en la dirección
 Clase IV
                   de la medición de la vibración




                                                                                   Mino Urbani Brito   8
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
                            MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                     Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                   Departamento de Mecánica

Unidad II: Análisis de la adquisición de datos
Objetivos Específicos:
 Analizar la medición de la vibración así como sancionar la forma de medición
 Establecer los diferentes tipos de captadores de vibración así como su selección adecuada
 Seleccionar el instrumento adecuado para medir vibración
 Desarrollar habilidades y destrezas en la adquisición de datos de vibración.
Contenido:
 Etapas en la adquisición de datos
 Instrumentos de medición y traductores de la vibración
 Selección de los Instrumentos de Medición
 Selección de captadores:
   •Captadores tipo velocidad (Sísmico, de vástago directo)
   •Captadores tipo aceleración (Acelerómetro).
   •Captadores tipo desplazamiento (transductor de proximidad).
 Procedimientos de selección de transductores.
 Ubicación de los puntos de prueba
 Practica I: Mediciones del nivel total de vibraciones.

Etapas en la adquisición de datos:

Para comenzar el proceso de adquisición de datos es menester una serie de etapas tales como:

A.- Elegir un punto adecuado para la medida, así como la recopilación de los datos necesarios para
    el análisis de la máquina, como son el tipo de cojinetes, de correas, número de alabes, etc.
                                (Ubicación de los puntos de prueba).

B.- Seleccionar el tipo de sensor más adecuado, así como su sensibilidad y ancho de banda, y su
    fijación al punto de medida con la finalidad de conseguir transformar las vibraciones mecánicas
    en señal eléctrica, ya sea tensión, intensidad, frecuencia, etc.
                                              (Transductor)

C.- Seleccionar un acondicionador para el sensor, de ser necesario, ya que para las señales eléctricas
    necesitan de un acondicionador para hacerla utilizable en el sistema.
                                        (Acondicionador)

D.- Calcular y medir con un analizador o convertidor analógico-digital para transformar
    (transformada rápida de Fourier) la señal para ser utilizada por un sistema informático.
                                           (Convertidor)

E.- Mediante una computadora se procesa la señal, permitiendo la realización de los análisis
    correspondientes para presentar los resultados y análisis de las mediciones.
                                           (Computador)


                                                                                     Mino Urbani Brito   9
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                            MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                     Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                   Departamento de Mecánica


Instrumentos de medición y traductores de la vibración:


Los instrumentos electrónicos utilizados para la medición de vibraciones son clasificados como
medidores, monitores y analizadores. Cada uno tiene su funciones o ventajas para su selección;
todos, utilizan transductores o traductores de vibración que son captores o sensores de vibración.
Los captores no pueden satisfacer todos los requerimientos de medición para la detección y análisis
de las vibraciones, por ello existe una gran variedad de ellos para diferentes y específicas
aplicaciones.
A continuación se presentan las características principales necesarias para seleccionar los diferentes
tipos de instrumentos de medición de la vibración y posteriormente se tiene las características de los
sensores de vibración:


Clasificación de los Instrumentos de medición:



                A.- Medidores:                            Instrumentos      pequeños      y     manuales
                                                          (portátiles)
                                                          Usan batería
                                                          Usos: revisión periódica, mantenimiento
                                                          preventivo, miden la vibración total.
                                                          Ventajas: Mediciones rápidas, ideal para
                                                          visitas programadas y seguimientos de las
                                                          vibraciones en hornos, molinos y ventiladores
                                                          grandes.
                B.- Monitores:                            Instalados en subestaciones eléctricas o salas
                                                          de control
Instrumentos                                              Usos: para mediciones continuas con alarmas
de Medición                                               y paradas y almacenan datos para tomar
                                                          medidas preventivas y predictivas
                                                          Ventajas: Monitoreo continuo de equipos
                                                          grandes: Sopladores, motores, trenes de
                                                          engranajes, líneas de laminación, etc.
                C.- Analizadores:                         Instrumentos semi – portátiles, requiere de
                                                          ayudante
                                                          Usan Fuente CA
                                                          Usos:      para    mediciones       específicas,
                                                          mantenimiento correctivo.
                                                          Ventajas: Ideal para balanceos y medición de
                                                          vibración a diferentes frecuencias.




                                                                                      Mino Urbani Brito   10
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Selección de los Instrumentos de Medición

               A.- Medidores de Vibración:            Instrumentos pequeños y manuales (portátiles)
                                                      Usan batería
                                                      Mediciones rápidas
                                                      Constatan de un captador, de un cable y del
                                                      medidor
                    a.- Vibrómetros:                  Leen desplazamiento y/o velocidad
                    b.- Medidores Avanzados:          Leen desplazamiento, velocidad, aceleración y
                                                      energía de impulsos
                    c.- Medidores Combinados:         Combinan las características necesarias para
                                                      medir otros parámetros como el sonido
                d.- Recopiladores de datos:           Vibrometros dotados de microprocesador
Instrumentos                                          programable, almacenan gran cantidad de datos
de Medición B.- Analizadores de Vibración:            Sintonización manual y automática
                                                      Usan CA y batería
                                                      Selector de parámetros, amplitudes, frecuencias
                                                      y funciones (con o sin filtro, fase, test, oscilador
                                                      interno (rpm), etc)
                                                      Analógico y digital
                                                      Auxiliares: Lámpara estroboscópica
                    a.- De verificación avanzada:     Limitan su uso a la medición de amplitud y
                                                      frecuencia sin fase
                    b.- Analizadores completos:       Capacidades mayores que los anteriores
                                                      incluyendo la medición de fase, filtro y otras
                                                      características

Selección de captadores:

A.- Captador tipo velocidad:

   1.- Captador sísmico:

      Características:
      a.- Esta compuesto por una caja o armadura del captador, dentro de ella se tiene una bobina
          de alambre enrollada sobre una masa y suspendida en uno de sus extremos por un resorte
          y en el otro por un amortiguador y alrededor de la bobina está un imán.
      b.- Funcionamiento: El traductor se adhiere o se apoya con firmeza contra un objeto
          vibrante, entonces el imán vibrará y la bobina permanece estacionaria. Cuando la bobina
          de alambre corta las líneas magnéticas, en el alambre se genera una corriente, cuya
          tensión es proporcional a la velocidad del movimiento.
      c.- Responde directamente a la velocidad de vibración.
      d.- Es un instrumento robusto y fácil de sostener.


                                                                                     Mino Urbani Brito   11
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      e.- Tiene relativamente altos niveles de erogación eléctrica y el calibrador del sistema no se
          ve afectado por la longitud del cable.
      f.- Es utilizable a frecuencias entre 600 y 100.000 cpm. Por debajo de 600 cpm tiene baja
          sensibilidad.
      g.- Necesita aplicación de voltaje a la bobina.

   2.- Captador de vástago directo:

      Características:
      a.- Está compuesto por vástago anclado a una bobina que está dentro de una estructura
          rígida, y alrededor de la bobina está un imán.
      b.- El principio de funcionamiento es idéntico al de un captador sísmico.
      c.- Es ideal para mediciones de frecuencias muy baja como 50 cpm ya que la sensibilidad no
          disminuye con las bajas frecuencias.
      d.- Es muy aplicado a máquinas de balanceos.

   3.- Captador piezoeléctrico:

      Características:
      a.- Esta compuesto por discos piezoeléctricos en vez de bobina.
      b.- Funcionamiento: Los esfuerzos debido a las fuerzas vibratorias originan una carga
          eléctrica en una pieza de cristal o de cerámica especial (piezoeléctrica), sin tener partes
          internas móviles.
      c.- La carga eléctrica producida por un elemento piezoeléctrico es tan reducido que la señal
          que emite debe ser amplificada antes de medirla.
      d.- Diseñados específicamente para aplicaciones de bajas frecuencias hasta 60 cpm.
      e.- Ideal para el balanceo a baja velocidad.
      f.- El amplificador incorporado proporciona una elevada señal de salida y baja impedancia
          para permitir la utilización de cables de gran longitud.
      g.- No es afectado por la presencia de campos magnéticos (interferencia magnética).

B.- Captador tipo aceleración (Acelerómetro):

   Características:
   a.- Son similares que los captadores piezoeléctricos incluyendo el requerimiento de un
       amplificador.
   b.- Funcionamiento: Es un dispositivo autogenerador, con una salida de tensión o carga
       proporcional a la aceleración de la vibración.
   c.- La aceleración es una función del desplazamiento y la frecuencia al cuadrado, por lo que los
       acelerómetros son especialmente sensibles a la amplitud de la vibración que ocurre a altas
       frecuencias.
   d.- El material piezoeléctrico tiene la capacidad de generar una carga eléctrica en repuesta a la
       fuerza mecánica ejercida por la vibración que es proporcional a la cantidad de aceleración de
       la vibración.
   e.- Útiles para medir y analizar las vibraciones producida por engranajes y por rodamientos de
       elementos rodantes.
                                                                                    Mino Urbani Brito   12
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   f.- La longitud del cable puede ocasionar una reducción de la sensibilidad.
   g.- Son transductores pequeños, livianos y robustos, que funcionan en una gama muy amplia de
       frecuencias y de temperatura y resisten niveles de vibración muy elevados.
   h.- Ideales en aplicaciones donde hay carencia de espacio y donde el peso es una consideración
       importante.
   i.- Son mucho menos sensibles a los campos magnéticos como los que se generan en grandes
       motores de corriente alterna y de alternadores de gran tamaño.




                      Fig. II.1: Captador tipo aceleración (Acelerómetro)

C.- Captadores tipo desplazamiento (Transductor de proximidad sin contacto):

   Características:
   a.- Esta compuesto, básicamente, por una bobina alojada en la punta del captador y no cuenta
       con elementos que generen tensión o una carga eléctrica, por lo que requieren de un
       dispositivo electrónico (sensor de señales). El sensor de señales esta compuesto por un
       oscilador, detector y amplificador.
   b.- Funcionamiento: El sensor de señales emite una señal eléctrica de muy alta frecuencia
       aplicada a la bobina en la punta del sensor, generando un campo magnético donde el eje
       absorbe parte de esta energía. La reducción de potencia de la señal es inversamente
       proporcional a la distancia que existe entre el eje y la punta del captador (bobina) en forma
       de desplazamiento y lo envía hacia el analizador o monitor.
   c.- Necesita aplicación de corriente EDDY de alta frecuencia.
   d.- Son cantadores que evidencian la vibración que afecta al eje y/o el rotor, y no las vibraciones
       de las carcasas y rodamientos. Se aplican especialmente a máquinas que funcionan a
       velocidades muy elevadas, tales como turbinas, compresores y bombas centrífugas.
   e.- Mide la vibración real del eje, para poder determinar peligro cuando exista tolerancia en
       sellos, bocinas, rodamientos.


                                                                       Fig. II.2:
                                                         Transductor de proximidad sin contacto



                                                                                     Mino Urbani Brito   13
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Procedimientos de selección de transductores.

De acuerdo a las características dadas para cada transductor, no existe el instrumento perfecto para
todas las aplicaciones. Sin embargo siempre habrá un transductor que será el mejor para cada
determinado tipo de aplicación. Por lo que hay varios puntos importantes que se debe considerar en
este proceso de selección:

A.- Elegir los parámetros de medición:
    1.- Desplazamiento (deformación): Se puede utilizar captadores de velocidad como los
        piezoeléctricos que pueden dar mediciones de desplazamiento confiables (hasta 60 cpm); y
        de aceleración cuando la frecuencia es menor de 300 cpm, aunque los de proximidad
        responden directamente al desplazamiento de la vibración.
    2.- Velocidad (fatiga): Se puede utilizar los captadores de velocidad y aceleración. Los
        captadores de velocidad sísmicos y piezoeléctricos obtienen la velocidad de la vibración en
        forma directa. El acelerómetro puede producir el equivalente de una medición de velocidad
        solo si la frecuencia es menor de 180 cpm.
    3.- Aceleración (fuerza) o energía de impulso: La aceleración y la energía de impulso deberán
        medirse solamente con un acelerómetro.

B.- Determinar la gama de frecuencia a medir en función de la gama útil del transductor:
    1.- Transductores de desplazamiento: Se utilizan para bajas frecuencias (hasta 600 cpm), para
         mediciones relativas, máquinas pesadas con rotores livianos.
    2.- Transductores de velocidad: Se utilizan para gama de frecuencia a medir entre 600 y
         100.000 cpm. Si se requiere medir los niveles de vibración total de la máquina. Ideal para
         procedimientos generales de análisis y la longitud de los cables puede llegar hasta 300 m.
         Para frecuencias entre 60 y 600 cpm y para balanceo a baja velocidad se recomienda el uso
         de un captador piezoeléctrico d velocidad.
    3.- Transductores de aceleración: Se utilizan para frecuencias comprendidas entre 600 y
         600.000 cpm. Si se desean repuestas estructurales a alta frecuencia. Para mediciones de la
         energía de impulsos en elementos rodantes, trenes de engranajes, asi como en fuentes de
         vibración aerodinámica de alta frecuencia (frecuencias del paso de alabes) .
C.- La sensibilidad.
D.- Las posibles limitaciones del tamaño y peso del traductor.
E.- Temperatura ambiente, humedad y demás condiciones ambientales.
F.- Las características mecánicas de la máquina: Para máquinas robustas y rotores livianos el
    captador de proximidad es una buena selección para hacer mediciones de desplazamiento
    relativo. Para otros tipos de máquinas los captores de velocidad y aceleración son más
    representativas.
G.-Las consideraciones relativas al montaje.




                                                                                   Mino Urbani Brito   14
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                 Fig. II.3: Medidor de Vibraciones (VB-8201HA) Twilight
                                                      ESPECIFICACIONES
                                                             Pantalla de 61mm x 34mm LCD extra
                                              Pantalla
                                                             grande
                                                             Aceleración, velocidad, valores de RMS,
                                              Mediciones     valor de punta, retención de datos, valores
                                                             de mínimo y máximo
                                                             Velocidad: 2 Rangos, 20 y 200 mm/S
                                              Rango
                                                             Aceleración: 2 Rangos, 20 y 200 mm/S
                                              Calibración    159 Hz, 10 m/S ± 5%
                                              Frecuencia     Rango: 40Hz ~ 1KHz
                                              Circuito       Circuito de microcomputadora exclusivo
                                              Retención de
                                                             Congelamiento de la lectura deseada
                                              Datos
                                              Retención de
                                                             Para retener el valor de la punta
                                              punta
                                              Memoria        Valor máximo y mínimo
                                              Apagado        Auto apagado
                                              Tiempo de
                                                             Aproximadamente 0.5 segundos
                                              muestra
Consumo de                                    Salida de      Interface RS 232 para salida de datos a
           Aproximadamente DC 6 mA.
energía                                       Datos          PC
Peso          Medidor: 230 g / Sonda: 38 g    Temperatura
                                                             0° a 50° (32°F a 122°F)
                                              de operación
              Medidor: 180 x 72 x 32 mm       Humedad de
                                                             Menos de 80% RH
Dimensión 2                                   operación
              Sonda con sensor de vibración:                 Batería DC9V alkalina o del tipo Alta
                                             Fuente de
              Ф 19 mm. x 21 mm.                              Duración, 006P, MN1604 (PP3) ó
                                             Poder
                                                             equivalente




                            Fig II.4: Medidor de vibración TV 200




                                                                                       Mino Urbani Brito   15
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 El medidor de vibración sirve principalmente para el mantenimiento
 preventivo de instalaciones y máquinas de producción. Este medidor de
 vibración realiza mediciones rápidas del desequilibrio y comprueba el
 estado de los mecanismos. También se emplea para valorar el estado de
 pequeños electromotores.

    Mide velocidad de vibración
    Mantiene el valor de medición
    Manejable, alimentado por baterías
    Gran rango de frecuencia

    Aviso de cambio de batería

                                    Fig II.5: Vibrómetro TV 300
 El vibrómetro ofrece una manera rápida y sencilla de medir la aceleración, el camino y la velocidad de
 oscilación para comprobar vibraciones en máquinas y componentes. Una ventaja especial del vibrómetro
 consiste en la posibilidad de guardar los valores de medición en el aparato de manera directa. Por medio del
 cable de datos para el PC opcional podrá realizar la transmisión de datos del vibrómetro a un PC o laptop y si
 así lo desea, realizar una valoración de los mismos. Puede solicitar de modo opcional diferentes sensores de
 medición como p.e. el sensor de aguja extra largo.

   Analiza aceleración, velocidad, vía de
    vibración, velocidad de giro y frecuencia.
  Memoria interna de valores para 1800
    valores (25 grupos de 72 valores cada
    uno).
    • Tres modos de indicación:
    • Modo especial: muestra valores pico
        de velocidades, aceleración de giro
        en RMS, variación de valor pico a
        pico simultánea.
    • Modo común: muestra sólo uno de
        los        parámetros         descritos
        anteriormente en cifras de gran
        tamaño.
    • Modo espectro: muestra el espectro.
  Barras de estado en la pantalla con
    función de alarma y aviso.
  Ajuste de fecha y hora.
  Desconexión automática para proteger el
    acumulador (ajuste libre del tiempo).
  Pantalla LCD con iluminación de fondo.
Uno Gran rango de frecuencia.
 
    de los factores mas relevante en la medición de los niveles de
vibración que posee un equipo o una máquina es la ubicación de
los puntos de prueba. Por ejemplo y en forma general, es deseable
colocar el transductor de prueba lo más cerca posible del
rodamiento, conlos Puntos de Prueba: rodamiento y el sensor. Se
  Ubicación de metal sólido entre el
debe evitar la colocación en las gorras de rodamientos, ya que son
hechas de metal delgado y conducen muy poco la energia de
vibración. Si es posible habrá que seleccionar los lugares de
ubicación de tal manera que no haya juntas entre metal y metal,
entre el rodamiento y el sensor. La junta entre la campana y el                              Mino Urbani Brito   16
carter del estator de un motor es un ejemplo de esto.
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                                                                             Fig II.6:
                                                                     Ubicación de transductores

En general se ha encontrado que para motores de menos de alrededor de 50 HP un punto de prueba
es adecuado, pero para motores de más de 50 HP cada rodamiento debería de tener su propio punto
de prueba. En las máquinas sensibles a los daños en los rodamientos y en las que los problemas de
rodamientos se deberían detectar lo más temprano posible, cada rodamiento debería tener su propio
punto de prueba.
                Fig. II.7: Ubicación de los puntos de prueba en Motor - Bomba




Mediciones Triaxiales

Para ayudar en la determinación de problemas de máquinas es muy útil obtener datos de vibración
de cada punto de medición en tres direcciones. Esas direcciones se llaman Axial, Radial, y
Tangencial. Axial es la dirección paralela a la flecha, radial es la dirección desde el transductor
hacia el centro de la flecha, y tangencial es 90 grados de radial, tangente a la flecha.




                                                                                 Fig. II.8:
                                                                           Mediciones Triaxiales




                                                                                    Mino Urbani Brito   17
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Condiciones de Prueba

La firma de vibración de una máquina depende en gran parte de sus parámetros de operación y de su
estado físico. Los parámetros de operación incluyen factores como velocidad de operación, carga,
presión de descarga de la bomba, y presión de entrega del compresor. Es imperativo, que cuando se
recopilan datos, las RPM de la prueba estén muy cerca de las RPM que se usaron en pruebas
anteriores. En equipo accionado por turbinas, la velocidad se debe verificar usando un tacómetro
estroboscopico portatil u otro, y la velocidad debe ser constante sin variaciones. Las presiones de las
sondas deben ser el reflejo de las condiciones de operación normal. No se recomienda probar las
bombas con las válvulas de descarga cerradas.

Práctica I: Medición del nivel total de vibraciones.

OBJETIVO GENERAL:
•   Establecer la condición de funcionamiento de una maquina en función de la Vibración.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
• Desarrollar habilidades y destrezas en la adquisición de datos
•    Realizar equivalencia entre las características de la Vibración.
•    Establecer la condición de funcionamiento de una maquina utilizando la Carta de Severidad.
•    Identificar algunos instrumentos de medición de Vibración.

PRE-LABORATORIO
Investigar y aprender:
•      Causas y características de la Vibración.
•      Severidad y gráficos de severidad de la Vibración.
• Selección de instrumentos de medición adecuados para la recolección de datos en el análisis de
   la Vibración.

MATERIALES Y EQUIPOS
• Analizador de Vibración IRD-350.
• Captador.
• Equipo simulador de fallas o maquinarias.
• Tabla de recolección de datos (Formato MV 01).

COMPRENSIÓN
• ¿Por qué no se puede realizar un diagnostico preciso con las cartas de severidad?
•   ¿Cómo influye la velocidad de rotación en el nivel de Vibración y la condición de
  funcionamiento?
• ¿Para qué se realiza el análisis de Vibraciones?
• ¿Cuáles son las características de la Vibración y que me determinan cada una de ellas?
• Diferencia entre captador e instrumentos de medición de la Vibración.



                                                                                      Mino Urbani Brito   18
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PARTE PRÁCTICA
• Realice las mediciones de amplitud (desplazamiento y velocidad) en función del tiempo.
•Realice el esquema del equipo en la tabla de recolección de datos.

POST-LABORATORIO
•    Establecer la condición de funcionamiento de la maquina con la tabla de severidad.
•    Haga la equivalencia de los valores obtenidos en la práctica de las mediciones en función de
  rms.
•    Realice el análisis de los resultados de la experiencia.
•    Analice los resultados obtenidos sobre la importancia del análisis de vibraciones en los
  equipos de una empresa
• Recomendaciones.



Unidad III: Interpretación de datos

Objetivos específicos:

 Identificar los tipos de análisis de vibración.
 Establecer la condición de funcionamiento de una máquina en función de la vibración.
 Desarrollar habilidades y destrezas en la medición y análisis de vibraciones en función de la
  frecuencia.

Contenido:

 Análisis de la Vibración.
 Tipos de análisis:
   •Análisis de amplitudes.
   •Análisis de frecuencias.
   •Análisis de fases.
 Diagnostico de la vibración de maquinarias
 Practica II: Medición del nivel de vibración en función de la frecuencia.

Análisis de la Vibración

El análisis de la vibración es una técnica del mantenimiento predictivo, que se basa en la detección
de fallos en un sistema, a través del estudio de los niveles de vibración. Este estudio es capaz de
mostrar fallos prematuros sin necesidad de recurrir a paradas por averías, permite optimizar tiempos
y la producción. El objetivo final es obtener la representación del espectro de las vibraciones de una
máquina para su posterior análisis.

Tipos de Análisis



                                                                                     Mino Urbani Brito   19
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Al detectar la presencia de algún problema que ocasiona alta vibración, encontrar cual es la pieza
defectuosa o causa que la origina es generalmente un proceso de eliminación. Esto se facilita con el
uso de métodos que permiten identificar las características propias del problema y entre estos
métodos se tienen:

1.-   Análisis de amplitudes
2.-   Análisis de frecuencia
3.-   Análisis de fase
4.-   Medición de amplitud contra tiempo
5.-   Forma de Onda
1.-   Análisis de Amplitudes

      La amplitud de la vibración es el primer indicador de la condición de una máquina. Cuanto
      mayor amplitud tenga más grave será la vibración. El análisis de amplitudes consiste en hacer
      mediciones de amplitudes en la dirección horizontal, vertical y axial para ayudar a identificar los
      problemas comunes que puede ocurrir a una determinada frecuencia excitatriz.
      A.- Procedimiento del Análisis de Amplitudes
         El interés principal de un análisis de amplitudes deberá ser la identificación de las
         amplitudes predominantes de la vibración, la determinación de las causas, y la corrección
         del problema que ellas representan. No es generalmente necesario dedicar tiempo a la
         identificación de las vibraciones no significativas (de baja amplitud), ya que éstas
         probablemente tienen muy poca influencia sobre el estado general de la máquina.

      B.- Características:
         a.- La amplitud mas alta de la vibración se encuentra normalmente cerca de la pieza de o la
             máquina en la cual se localiza el problema.
         b.- Cuanto mayor es la amplitud tanto mas grave será la vibración.
         c.- La amplitud total de vibración es la sumatoria de las amplitudes de vibración a las
             diferentes frecuencias excitatrices de la máquina, que generan las causas de vibración.
             (Ver Fig. IV.1)
         d.- Las mediciones de amplitud se pueden hacer con vibrómetros portátiles o con
             analizadores.
         e.- La amplitud de la vibración puede ser medida en términos de desplazamiento, la
             velocidad o aceleración que son características que permiten determinar la severidad de
             la vibración.




                                                                                        Mino Urbani Brito   20
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                Fig. III.1: Máquina típica con varias fuentes de vibración

De esta última característica se tiene la siguiente tabla que indica cuando utilizar las mediciones
indicadas para determinar que tan severo es la vibración de un equipo.

Tabla Nro. III.1:     Criterio para el uso de las características en el análisis de la amplitud
  Característica                                        Criterio
Desplazamiento       El desplazamiento de la vibración es el mejor indicador de la severidad de
                     vibración cuando existen condiciones de esfuerzo dinámico a frecuencia
                     por debajo de las 600 CPM.
Velocidad            La velocidad de la vibración está en relación directa con la velocidad de la
                     máquina, para la mayoría de los fines generales de medición de la vibración
                     este es el parámetro de medición preferida para frecuencias comprendidas
                     entre 600 y 60.000 CPM.
Aceleración          La aceleración de la vibración está estrechamente relacionada con las
                     fuerzas relativamente significativas que pueden generarse a alta frecuencias
                     donde el desplazamiento y la velocidad son mínimos, se recomienda para
                     frecuencias superiores a 60.000 CPM.


C.- Métodos de comparación
   En el análisis de amplitudes existen dos tipos de comparaciones: Radial contra axial y
   horizontal contra vertical (Ver Fig. III.2).


 Tabla Nro. III.2:     Causa y efecto de acuerdo al tipo de comparaciones en el análisis
                       de amplitudes.
                                      Radial VS Axial
            Causa                        Efecto                      Figura




                                                                                  Mino Urbani Brito   21
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                           MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                    Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                  Departamento de Mecánica



    Desequilibrio doble apoyo
    Desalineación
                                  Vibraciones altas radiales y
                                  vibraciones baja axiales
    Desequilibrio voladizo


                                     Horizontal VS. Vertical
    Comportamiento normal de Vibración horizontal de 2 a 5               Radial
    vibración                veces mayor que la vertical              (Vertical)

    Resonancia de la máquina Vibración horizontal mayor de
    o estructura             8 veces que la vertical                                     Radial
                                                                                    (Horizontal)
    Cojinetes flojos, juego en Vibración horizontal inferior              Axial
                                                                    Fig. IV.2: Disposición de ejes
    rodamientos                que la vertical

2.- Análisis de Frecuencias

   La vibración de la mayoría de las máquinas consta de muchas frecuencias diferentes, por lo que
   el análisis de frecuencias persigue identificar con precisión la frecuencia de la vibración y
   relacionarla con la velocidad de rotación de las varias partes de la máquina identificando así el
   problema y la pieza responsable.

   A.- Procedimiento del Análisis de Frecuencias
      Para hacer un análisis de frecuencia se deben conocer las frecuencias excitatrices de la
      máquina, que son aquellas generadas por la misma máquina o pieza componente de ella; y
      las frecuencias armónicas de éstas, que son múltiplos enteros de cada frecuencia excitatriz
      generada sobre todo en vibraciones complejas.

   B.- Características
      a.- Señales de vibración compleja a menudo incluyen frecuencias armónicas.
      b.- La frecuencia armónica es un múltiplo exacto de la frecuencia fundamental, excitatriz o
          primaria que es generada por la misma máquina o parte de ella.
      c.- La frecuencia excitatriz, normalmente, se produce a 1 X RPM y se le conoce como
          primera armónica, esto quiere decir, que es igual a la velocidad de rotación del elemento
          rotativo 1 X RPM.
      d.- Es posible notar niveles de vibración significantes a armónica 2 X RPM, 3 X RPM, e
          inclusos mas altas.
      e.- Se presenta otra frecuencia mas importante llamada frecuencia dominante, que es la que
          tiene mayor amplitud y es la mas indicativa de la presencia de un problema.

   C.- Métodos de comparación

                                                                                      Mino Urbani Brito   22
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                           MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                    Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                  Departamento de Mecánica

       En el análisis de frecuencia se debe determinar dentro de las frecuencias excitatrices de una
       máquina la frecuencia dominante. El barrido de frecuencias permite determinar la frecuencia
       dominante y éste se puede hacer manual o automáticamente filtrando las frecuencias. Para
       realizar un buen barrido se debe realizar en cada punto de interés de la máquina y en las tres
       direcciones y se recomienda graficar la amplitud contra la frecuencia en graficación semi –
       logarítmica para resaltar amplitudes a bajas frecuencias y en graficación lineal de la amplitud
       para uso general.
       Las siguientes figuras muestran la determinación de las frecuencias excitatrices en caso de
       una máquina con velocidades variables y las graficaciones indicadas en el párrafo anterior.
                           50 Dientes                           Frecuencias Excitatrices
                                                                     Eje de entrada:
                                                                     1 * 20 = 20 RPM
                                                                     2 * 20 = 40 RPM
                                        4 RPM                        3 * 20 = 60 RPM
                                                                       Eje de Salida
                                                                       1 * 4 = 4 RPM
             20 RPM                                                    2 * 4 = 8 RPM
                                                                      3 * 4 = 12 RPM
                                                                   Contacto de dientes
                                                               20 * 10 = 50 * 4 = 200 RPM
                          10 Dientes
                                            Fig. III.3 Determinación de las frecuencias primarias




     Fig. III.4 Graficación semi – logaritmica de la     Fig. III.4 Graficación lineal de la
     amplitud                                            amplitud


3.- Análisis de Fases

   El análisis de fase consiste en hacer mediciones de fase en cada punto de apoyo de la máquina
   en las direcciones horizontal, vertical y axial, para identificar problemas específicos que ocurren
   a una determinada frecuencia.

   A.- Características
      a.- Las mediciones de fases se realizan a 1 RPM, usando la misma marca de referencia.
      b.- Las mediciones de fases también se utilizan para evaluar los efectos de temperatura,
          carga, etc.
      c.- Las mediciones de fases se pueden realizar mediante una luz estroboscópica, un sensor
          magnético o un sensor foto eléctrico.
      d.- Se pueden hacer análisis de fases: Axial, horizontal contra vertical, con uso de
          implementos auxiliares y vertical


                                                                                      Mino Urbani Brito   23
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   B.- Métodos de comparación
      Las mediciones comparativas de fase se utilizan como sigue:
      a.- Balanceo: La fase se utiliza para determinar el tipo de desbalance, estático o dinámico, y
          para cualquier cantidad y la ubicación angular de los pesos de corrección.
      b.- Alineación: Las mediciones comparativas de fase revelan el tipo de falla de alineación
          (angular o descentramiento) y la ubicación del defecto.
      c.- Aflojamiento: Se usa la fase para detectar la existencia de movimiento relativo de los
          componentes de las máquinas.
      d.- Estudio de modalidad (vibración en resonancia): Las lecturas comparativas de fase
          pueden revelar formas de modalidad en todos los tipos de estructuras para maquinaria.

Diagnostico de la vibración de maquinarias

Los eventos que rodean el desarrollo de una falla mecánica son complejos, para poder establecer un
límite confiable. Hay que tener un indicador general de la condición de la máquina que pueda ser
evaluada en base a la amplitud de la vibración; esto es posible utilizando pautas generales que han
sido desarrolladas a través de la experiencia adquirida durante muchos años. El valor de severidad
de la vibración asociada a un rango de clasificación en particular, depende del tamaño y masa del
cuerpo vibrante, las características del montaje del sistema, la salida y el uso que se le da a la
máquina.
Para ayudar el diagnostico de la falla por vibración de un equipo o maquina se tienen tablas de
identificación de las posibles causas de la vibración de acuerdo a diferentes parámetros o
características que se mida. Igualmente existen gráficos y ábacos que indican cuales son los límites
o niveles admisibles y de alarma en que equipo funciona o no. Todas esta como ya se indicó
desarrolladas bajo experiencias de instituciones o empresas especializadas. La norma ISO 2372
presenta los rangos de severidad de vibración de los diferentes niveles de alarma, y los factores de
servicio para cuatro tipos de máquina (Ver tabla I (Unidad I)). A continuación se presentan tablas y
gráficos de identificación de problemas de vibraciones, así como tablas de severidad de vibración.

                     Tabla No. III.3: Tabla de frecuencia y posibles causas
 Frecuencia en RPM        Causas mas                    Otras causas posibles y comentarios
                           probables
1 x RPM                Desequilibrio          1. Chumaceras, engranajes o poleas excéntricas.
                                              2. Eje desalineado o deformado en caso de alta vibración
                                                 axial.
                                              3. Correas defectuosas si se trata de RPM de correa
                                              4. Resonancia.
                                              5. Fuerzas reciprocas.
                                              6. Problemas eléctricos.
2 x RPM                Juego mecánico         1. Desalineación en caso de alta vibración axial.
                       excesivo.              2. Fuerzas reciprocas.
                                              3. Resonancia.
                                              4. Correas defectuosas si se da 2 x RPM de Correa.
3 x RPM                Desalineación.         De costumbre se trata de desalineación y juego axial
                                              excesivo (soltura) combinados.
Menos de 1 x RPM.      Movimiento             1. Correas de transmisión defectuosas
                       giratorio del aceite   2. Vibración ambiental

                                                                                      Mino Urbani Brito   24
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                                       Departamento de Mecánica

                        (menos de ½ RPM). 3. Resonancia subarmonica.
                                            4. Vibración que late.
Sincrónica (frecuencia Problemas            Los problemas eléctricos mas frecuentes incluyen las barras
de línea AC)            eléctricos.         de rotor rotas, rotor excéntrico, fase desequilibradas en
                                            sistemas polifacéticos, abertura de aire desigual.
2 x Sincrónica          Pulsaciones de      Problema raro a menos que se excite la resonancia.
frecuencia              torque.
Muchas veces la de      Engranajes          Numero de dientes multiplicado por las RPM del engranaje
RPM (frecuencia         defectuosos         defectuoso
armónicamente           Fuerzas             Numero de palas del ventilador por las RPM.
relacionada)            aerodinámicas
                        Fuerzas hidráulicas Numero de alabes impulsores por las RPM
                        Soltura mecánica    Podrá darse a 2, 3, 4 o más armónicas de ser mucha la
                        Fuerzas reciprocas  soltura.
Frecuencia elevada (sin Cojinetes           1. Vibración del cojinete puede ser inestable en cuanto a
relación armónica)      antifricción             amplitud y frecuencia.
                        defectuosos         2. Cavitacion recirculación y flujo turbulento provocan
                                                 vibración casual de alta frecuencia.
                                            3. Lubricación incorrecta de cojinetes de fricción
                                                 (Vibración excitada por fricción)
                                            4. Frotamiento.
     Tabla No. III.4: Identificación de vibraciones en función de amplitud, frecuencia y fase

    CAUSA            AMPLITUD              FRECUENCIA                    FASE                  OBSERVACIONES
Desbalance          Proporcional al        1x rpm                  Única. Marca de          Es la causa de la vibración más
                    desbalance; mayor                              referencia estable,      común.
                    en sentido radial.                             repetible
Falta de            Mayor en sentido       1x rpm es lo usual; a   Única, doble o triple.   La mejor manera de encontrarlo es
alineamiento de     axial, 50% o más de    veces, 2 y 3x rpm                                por la aparición de una alta
acoplamiento o      la vibración radial.                                                    vibración axial. Usar indicadores
rodamientos y eje                                                                           de cuadrante para diagnostico
torcido                                                                                     positivo. Si es una maquina con
                                                                                            rodamientos de chumaceras y no
                                                                                            hay falta de alineamiento entre
                                                                                            acoplamientos, balancear el rotor.
 Rodamientos en     Inestable; uso de las Muy alta,             Erráticas.                  La chumacera responsable es con
mal estado, por     mediciones de         ocasionalmente varias Marcas múltiples            toda probabilidad la que esta mas
antifricción.       velocidad,            veces las rpm.                                    cerca del punto, con la mayor
                    aceleración y energía                                                   cantidad de vibración de alta
                    de impulsos.                                                            frecuencia. Se recomienda
                                                                                            mediciones de la energía de
                                                                                            impulsos durante el análisis de las
                                                                                            fallas de las chumaceras.
Chumaceras          Normalmente no         1 x rpm                 Marca Única.             Si ocurre en los engranajes, la
Excéntricas         muy grande.                                                             mayor vibración esta en línea con
                                                                                            el centro de los engranajes, si se
                                                                                            nota en el motor o en el generador,
                                                                                            la vibración desaparece al cortar la
                                                                                            corriente. Si ocurre en la bomba o
                                                                                            en el soplador, tratar de balancear.
Engranajes en mal   Baja, uso de las       Muy altas, cariedad     Erráticas, marcas        Se recomienda mediciones de
estado o ruidosos   mediciones de          de dientes en el        múltiples.               velocidad, aceleración y energía
                    velocidad, amplitud    engranaje por rpm.                               de impulso durante el análisis de
                    y energía de                                                            los problemas en los engranajes.
                    impulso.                                                                Analizar la frecuencia de los

                                                                                                               Mino Urbani Brito   25
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
                                 MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                          Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                        Departamento de Mecánica

                                                                                        órdenes más altos y de las bandas
                                                                                        laterales.
Aflojamiento         A veces erraticas     2 x rpm.               Dos: marcas de        Normalmente acompañado por
Mecánico                                                          referencias levemente desbalance y/o falta de
                                                                  erráticas.            alineamiento.
Bandas de            Errática o pulsante.  1, 2,3 y 4 x rpm de    Una o dos. Según la   La luz estroboscopica es la mejor
accionamiento en                           las bandas.            frecuencia,           herramienta para inmovilizar la
mal estado.                                                       generalmente          banda que esta fallando.
                                                                  inestable.
Problemas eléctricos Desaparece cuando     1 x rpm o 1 o 2 x la   Única o marca doble Si la amplitud de la vibración
                     se desconecta la      frecuencia sincrónica relativa.              decae de inmediato al cortar la
                     energía eléctrica.                                                 energía eléctrica, la causa es
                                                                                        eléctrica, los problemas mecánicos
                                                                                        y eléctricos provocarán impulsos.
Fuerzas              Peden ser grandes en 1 x rpm o cantidad de Marcas múltiples        Rara como causas de problemas,
aerodinámicas o      sentido axial.        aspas del ventilador o                       con la excepción de los casos de
hidráulicas.                               rotor impulsor por                           resonancia.
                                           rpm.
Fuerzas reciprocas   Mas alta en línea con 1,2 u ordenes mas      Marcas múltiples      Inherente en las maquinas de
                     el movimiento.        elevados por rpm.                            movimiento alternativo, puede ser
                                                                                        reducida solamente mediante
                                                                                        modificación del diseño o con
                                                                                        aislamiento.
Práctica II: Medición de los niveles de vibración en función de las frecuencias.

OBJETIVO GENERAL:
• Determinar las posibles causas que están generando los niveles de alerta de la vibración.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
• Desarrollar habilidades y destrezas en la medición y análisis de vibraciones en función de la
  frecuencia.
• Identificar los niveles de alerta de Vibración.
• Determinar la frecuencia dominante de la maquina.
• Analizar las causas que generan la Vibración.

PRE-LABORATORIO
Investigar y aprender:
•      Interpretación de datos,
•      Procedimientos generales del análisis de Vibración, Tipos de análisis,
• Diagnostico de la vibración de maquinarias debido a: falta de alineación y balanceo,
   excentricidad, elementos rodantes defectuosos, elementos mecánicos.

MATERIALES Y EQUIPOS
• Analizador de Vibración IRD-350.
• Lámpara de luz estroboscopica
• Ventilador eléctrico.
• Tabla de recolección de datos (Formato MV 02).

COMPRENSIÓN
• Analice el comportamiento de un equipo de acuerdo a 3 causas diferentes.

                                                                                                          Mino Urbani Brito   26
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
                            MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                     Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                   Departamento de Mecánica

•¿Cuales son las ventajas que predominan en la selección de un tipo de análisis de Vibración?

PARTE PRÁCTICA
• Realice un barrido de los puntos de la maquina que presenten los niveles            mas altos de
  Vibración.
• Realice un esquema del equipo en el formato de recolección de datos MV 02.

POST-LABORATORIO
• Construya el espectro de Vibración.
• Determine las frecuencias características de los componentes de la maquina.
• Establezca las posibles causas de los problemas de Vibración.
• Analice los resultados obtenidos en la experiencia.
• Conclusión.
• Recomendaciones.




Unidad IV: Análisis de Ruidos en maquinarías

Objetivos específicos:

 Definir y especificar las diferentes fuentes y características del ruido
 Establecer los niveles de ruidos indicativos de problemas mecánicos y las alternativas de
  reducción de ruidos en máquinas
 Desarrollar habilidades y destrezas en la medición del nivel de ruido en función de las
  revoluciones de la máquina y de la distancia del receptor.

Contenido:

 Ruido:
    •Definición
    •Fuentes y características
 Intensidad del ruido
 Reducción de ruidos:
    •Materiales absorbentes de ruidos
    •Tipos de silenciadores
 Aplicaciones
 Practica III: Medición del nivel de ruido

El alumno debe desarrollar investigación grupal sobre el contenido de la unidad basado en los
aspectos indicados en el pre – laboratorio y compresión de la practica III:


                                                                                   Mino Urbani Brito   27
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
       MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
              Departamento de Mecánica




                                                           Mino Urbani Brito   28
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
                           MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                    Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                  Departamento de Mecánica




Unidad V: Balanceo Dinámico

Objetivos específicos:

 Definir el principio básico del balanceo
 Identificar los tipos de balanceo
 Selecciona y aplicar la prueba adecuada para solventar problemas de balanceo
 Desarrollar habilidades y destrezas en la corrección de problemas de vibración a través del
  balanceo dinámico

Contenido:

 Balanceo:
   •Principios básicos
   •Tipos:
       •Balanceo estático
       •Balanceo dinámico en un plano
       •Balanceo dinámico en dos planos
 Selección y uso de pruebas
 Aplicaciones
 Practica IV: Corrección de problemas de vibración a través del balanceo dinámico

Balanceo:




                                                                                     Mino Urbani Brito   29
REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
                              MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
                       Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar
                                     Departamento de Mecánica

Es la corrección del desequilibrio o desbalance o la acción que se realiza sobre un rotor con el fin de
anular la fuerza centrífuga (F) que origina un peso de desbalance localizada a cierta distancia del
centro de giro; en forma general, el balanceo consiste en distribuir el peso de un rotor
equitativamente alrededor de su línea central de giro.

                          Desequilibrio



                                                                    W
                   R                                                              R
                                                                              L
           W

                                                     Balanceo

     F = W2 * R * m                                                 Fb = W2 * L * m

                                  Balance: F = Fb     m*R=L*m

                             Fig. V.1: Modelo matemático del balanceo




                                                                                      Mino Urbani Brito   30

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GUIA SOBRE VIBRACIONES DE MÁQUINAS

  • 1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Facilitadores: Mino Urbani Brito / Dayana Méndez CARRERA: TECNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECANICA UNIDAD CURRICULAR: VIBRACIONES DE MAQUINAS COMPONENTE: CICLO DE ESPECIALIZACION CÓDIGO: 3004-VIM-02-4 SEMESTRE: IV PRELACIÓN: 3003-RDM-02-4 HORAS TEÓRICO/PRÁCTICO: 2 HORAS PRÁCTICAS: 3 HORAS SEMANALES: 5 UNIDAD CREDITO: 4 PERÍODO ACADÉMICO: 2007-I INTRODUCCIÓN: La asignatura Vibraciones de máquinas que se dicta en el cuarto semestre del ciclo de especialización del IUTEB tiene el propósito de mostrar en forma didáctica y sencilla, una introducción al mundo de las vibraciones aplicadas al diagnóstico de fallas; además de despertar el interés en el alumno para explorar el amplio campo de las vibraciones. Por otra parte, el mantenimiento todos los días está evolucionando, y con él, también se ha incrementado el uso de los instrumentos electrónicos de medición, de tal manera que empresas industriales de toda envergadura, están complementando su visión de realizar mantenimientos correctivos y preventivos para asegurar disponibilidad, con un mantenimiento proactivo que alberga conceptos relativamente nuevos tales como confiabilidad, mantenimiento basado en condición de aseguramiento de la calidad del mantenimiento, dando la oportunidad, que la disponibilidad de las máquinas aumentan, las intervenciones disminuyen y el cumplimiento de los compromisos de producción queda asegurado. El Recurso Humano Proactivo es la clave y la Tecnología es la principal herramienta de esta gestión. 2007 I Mino Urbani Brito 1
  • 2. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Unidad I: Conceptos básicos de la vibración Objetivos Específicos:  Analizar el fenómeno de la vibración.  Evaluar las causas de la vibración.  Distinguir las características de la vibración.  Evaluar la severidad de la vibración. Contenido:  Vibración: • Causas. • Características, importancia y unidades de medición.  Espectro de la vibración.  Severidad de la vibración. Vibración: La vibración es el movimiento de vaivén que realiza una máquina o componente mecánico, con respecto a su posición de equilibrio de funcionamiento, debido a una fuerza interna o externa que cambia de dirección o intensidad. El movimiento más sencillo que pueda existir es el movimiento en una dirección, de una masa Límite superior controlada por un resorte Cresta único. Este sistema mecánico se llama T sistema resorte / masa y Punto es el método mas sencillo Neutro para demostrar la vibración y es típico para Fig. 1: Vibración de un sistema de resorte / masa todas las máquinas por Cresta a cresta rms Límite inferior sus propiedades similares al sistema. Hasta que no se aplique una fuerza a la masa para producir su movimiento no habrá vibración. Si se desplaza la masa, hasta una cierta distancia del punto de equilibrio, y después se suelta, el resorte la regresará al equilibrio. Para entonces, la masa tendrá algo de energía cinética y rebasará la posición de descanso y desviará el resorte en la dirección opuesta. Perderá velocidad hasta pararse en el otro extremo de su desplazamiento donde el resorte volverá a empezar el regreso hacia su punto de equilibrio. El mismo proceso se volverá a repetir con la energía transfiriéndose entre la masa y el resorte, desde energía cinética en la masa hasta energía potencial en el resorte, y regresando hasta M Mino Urbani Brito 2
  • 3. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica que la fuerza aplicada desaparezca. Esto indica que la vibración es la reacción de un sistema a una excitación, estimulo o fuerza interna o externa aplicada al mismo. Causas: Las causas de la vibración reside en los problemas mecánicos, entre los más comunes son (en la fig. 2 se representan algunas de estas causas): 1.- Desbalance de las piezas rotativas. 2.- Falta de alineación en acoples y rodamientos. 3.- Engranajes desgastados, excéntricos o dañados. 4.- Ejes vencidos. 5.- Bandas o cadenas de transmisión en precaria condiciones. 6.- Rodamientos y chumaceras deteriorados. 7.- Desviaciones del par de torsión. 8.- Fuerzas electromagnéticas. 9.- Fuerzas aerodinámicas. 10.- Fuerzas hidráulicas. 11.- Aflojamiento. 12.- Rozamiento. 13.- Resonancia. 1 7 12 2 3 4 6 (11) Fig 2: Causas más comunes que originan vibraciones en maquinarias. Características, importancia y unidades de medición: La condición de una máquina y sus problemas mecánicos se determinan midiendo las características de su vibración, que varían de acuerdo a la causa que la ocasiona. Al medir estas características, se pueden descubrir y describir el movimiento vibratorio indeseable de una máquina; y al considerar cada una de ellas como síntomas del equipo, se puede diagnosticar el funcionamiento de la máquina o en su defecto la presencia de un problema eminente. Mino Urbani Brito 3
  • 4. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica A continuación se presentan las características más relevantes que determinan la vibración en maquinarias, se utiliza el gráfico del movimiento de la masa en función del tiempo, de la fig. 1, como referencia para la introducción de cada una de ellas: 1.- Frecuencia: La frecuencia de la vibración es el tiempo en que tarda la masa para ir y regresar a una misma posición o en forma técnica, es la medida de la cantidad de ciclos completos que acontecen en un periodo de tiempo específico. Este tiempo se denomina “periodo de vibración” (T), que es la cantidad de tiempo requerido para llevar a cabo un ciclo completo de un espectro de vibración. De manera tal que la frecuencia viene dada, entonces, por el inverso del periodo (f = 1/T) y generalmente es expresada como cantidad de ciclos que se generan en un minuto (cpm). En el mismo orden, en los equipos rotativos, se mide en término de velocidad, revoluciones por minuto (rpm), de fácil relación con la frecuencia; y por último, se puede especificar por la cantidad de ciclos por segundo “Hertz” (Hz), lo que quiere decir que 60 Hz = 1 cpm. La frecuencia determina el origen del problema. 2.- Amplitud: La amplitud es la magnitud de la vibración, o la cantidad de desplazamiento, velocidad o aceleración de la vibración, medida desde el valor en reposo. La amplitud de una señal de vibración que se puede expresar en términos de: A.- Nivel “pico a pico” o “valor de cresta a cresta” para el desplazamiento: Es la distancia total recorrida por la pieza vibrante de uno a otro límite extremo del recorrido y su unidad es el µm = 0,001 mm en el Sistema Internacional (S.I) y 0,001 pug en el Sistema Ingles. El desplazamiento determina la magnitud de la vibración. B.- Nivel "pico" o “valor cresta” para la velocidad: La pieza vibrante se mueve con velocidad que cambia constantemente durante el ciclo. Esto se observa en los extremos en donde el valor de la velocidad tiende a cero motivado a que la pieza se detiene para cambiar en la dirección opuesta, alcanzando el valor máximo en el punto neutro. Esta es la razón por la cual se toma el valor de cresta más elevada para los efectos de la medición de la vibración en función de la amplitud y su unidad es el mm/s en el Sistema Internacional (S.I) y pug/s en el Sistema Ingles. La velocidad determina la severidad de la vibración. C.- Nivel “rms” (valor efectivo o raíz media de los cuadrados) para la aceleración: La aceleración desde el punto de vista técnico es el coeficiente de cambio de la velocidad de la pieza vibrante. Cada vez que la pieza alcanza una velocidad cero al llegar a los límites extremos del recorrido tiene que acelerar para adquirir velocidad nuevamente y diminuye hasta cero a medida que la pieza llega al punto neutro en donde la velocidad es máxima. La aceleración de la vibración se mide en función de múltiplos de la constante de la gravedad en la superficie terrestre (g = 9806.65 mm/s2 en el S.I. y g = 386.087 pulg/s2 en el Ingles). La aceleración determina la magnitud de la fuerza de vibración. Mino Urbani Brito 4
  • 5. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica En la tabla siguiente se da la relación entre las distintas unidades de la amplitud de la vibración de una pieza. Esto se logra ya que la forma de onda que describe el sistema de resorte / masa es de movimiento sinusoidal. Es lógico observar en la fig 1, que si el valor de cresta a cresta es 1, el valor de cresta es la mitad (0,500); y, por otra parte el término valor efectivo generalmente se utiliza cuando la vibración es aleatoria o es constituida por una serie de vibraciones sinusoidales de diferentes frecuencias. El valor efectivo es una medición de la energía eficaz utilizada para generar las vibraciones de la máquina y para un movimiento sinusoidal este valor se obtiene multiplicando el valor de la cresta por el inverso de raíz de 2. Tabla Nro. 1: Conversiones de las unidades de la amplitud Multiplicar la cantidad de: Cresta a cresta Cresta Valor efectivo (rms) Para obtener: Cresta a cresta 1,000 2,000 2,828 Cresta 0,500 1,000 1,414 Valor efectivo (rms) 0,354 0707 1,000 3.- Fase: La fase se define como la posición de una pieza vibrante en un momento dado con referencia a un punto fijo u otra pieza vibrante y se expresa en grado. Las mediciones de fase ofrecen un método conveniente para comparar un movimiento vibratorio con otro y/o para determinar el tipo de vibración de una pieza en relación con otra. En el sentido práctico, La fase es el complemento de identificación de la vibración. Fig. 3: Relación entre fase 4.- Energía de impulso: La energía de impulso o “spike energy” se trata de una cantidad abstracta que no puede relacionarse con un sistema resorte / masa como las características anteriores, ya que se refiere a la medida de energías de impulsos caracterizados por muy breve duración, alta frecuencia y similares a picos. La energía de impulso es ideal para medir la vibración aleatoria que no cumple con patrones especiales que se repiten constantemente o es demasiado difícil de detectar donde comienza o termina un ciclo y esta asociada generalmente a turbulencia en ventiladores y bombas; en defectos en las superficies de los elementos rodantes como engranajes o rodamientos; rozamiento, impacto y contacto entre metal y metal; fuga de vapor o pérdida de aire a alta presión y cavitación. La energía de impulso es básicamente una medida de la aceleración de la vibración, por lo que se expresa en unidades propias “g SE”. gSE Tiempo Fig. 4: Forma de onda de de una vibración aleatoria Mino Urbani Brito 5
  • 6. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica 5.- Otras características adicionales que deben tomarse en cuenta en el análisis de vibraciones son: A.- Frecuencia inducida: Es la frecuencia de la fuerza vibratoria que causa la vibración inducida, o que obliga a la máquina o estructura a vibrar a la misma frecuencia de la fuerza vibratoria. B.- Frecuencia natural: Es la frecuencia a la cual vibra una máquina o estructura cuando está sometida a una vibración espontánea, debido a que depende de las características estructurales de la máquina, tales como su masa, su rigidez y su amortiguación, incluyendo los soportes y tuberías adjuntas a ella. La vibración espontánea es la que se genera cuando se deja que una máquina vibre sin la presencia de fuerza extrema (cuando se elimina la vibración inducida). C.- Frecuencia de resonancia: Es la frecuencia a la que se produce la coincidencia entre una frecuencia natural y una de inducción: y la vibración aumenta a medida que la frecuencia de inducción se acerca a la frecuencia natural. Espectro de la Vibración: Hasta ahora se ha visto vibraciones en el dominio del tiempo, que son señales directas de la máquina. En estas señales se encuentra plasmada toda la información acerca del comportamiento de cada componente de la máquina, existiendo un problema a la hora de realizar un diagnóstico. Estas señales están cargadas de mucha información en forma muy compleja, la cual comprende las señales características de cada componente de la máquina, por lo cual prácticamente queda imposible distinguir a simple vista sus comportamientos característicos. Esto es lo que se conoce como Vibración Compuesta que es distinguida por una señal compuesta resultado de la sumatoria de varias señales sinusoidales que comprenden cada uno de los componentes que se encuentran en la máquina, mas todos los golpeteos y vibraciones aleatorias. Fig. 5: Vibraciones Compuestas Mino Urbani Brito 6
  • 7. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Existen otras formas para realizar un estudio de vibraciones, entre las cuales se encuentra mirar esta señal en el dominio de la frecuencia. Esta es la gráfica de Amplitud vs. Frecuencia y es conocida con el nombre de espectro, que es la mejor herramienta que se tiene actualmente para el análisis de maquinaria. Fue precisamente el matemático francés Jean Baptiste Fourier (1768 – 1830) quien encontró la forma de representar una señal compleja en el dominio del tiempo por medio de series de curvas sinusoidales con valores de amplitud y frecuencia específica. El analizador de espectros que trabaja con la transformada rápida de Fourier es capturar una señal desde una máquina, luego calcula todas las series de señales sinusoidales que contiene la señal compleja y por último las muestra en forma individual en el eje X de la frecuencia. En la siguiente ilustración, de tres dimensiones (Fig. 6), se puede notar claramente la señal compleja (en color verde), capturada desde una máquina. A dicha señal se le calculan todas las series de señales sinusoidales en el dominio del tiempo (vistas en azul) y por último se muestra cada una en el dominio de la frecuencia (vistas en rojo). Fig. 6: Señales en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia (Espectro) Severidad de la vibración: El objetivo principal de usar un control de la vibración en maquinaria es la de descubrir los problemas de un equipo en lo que se refiere a vibración en su etapa inicial y poder programar el procedimiento de corrección adecuado. La idea principal es la de predecir con suficiente anticipación los problemas en formación y no determinar que tanta vibración puede soportar un equipo ante de que falle. Los eventos que rodean el desarrollo de una falla mecánica debido a la vibración son complejos, para poder establecer un límite confiable, que si se sobrepasa, tendría como resultado una rotura inmediata de la máquina. Hay que tener un indicador general de la condición de la máquina que pueda ser evaluada en base a la amplitud de la vibración; esto es posible utilizando pautas generales que han sido desarrolladas a través de la experiencia adquirida durante muchos años. Para determinar la condición de una máquina puede ser utilizado como guía general un gráfico o tabla de severidad de la vibración. Este gráfico o tabla pueden ser de mucha ayuda para visualizar y Mino Urbani Brito 7
  • 8. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica alarmar al usuario que tan peligroso puede convertirse el funcionamiento de un equipo. En la tabla 1, se muestra un gráfico de severidad en donde se presentan los rangos de severidad de vibración de los diferentes niveles de alarma, y los factores de servicio para cuatro tipos de máquina, según la norma ISO 2372. La mayoría de las máquinas están contenidas en estos rangos de clasificación. Tabla Nro. 1: Severidad de vibración para diferentes clases de máquinas (Normas 2372) Velocidad Clases de máquinas RMS (mm/s) CLASE I CLASE II CLASE III CLASE IV 0.28 0.3960 0.45 0.6364 A A 0.71 1.0041 A A 1.12 1.5839 B 1.8 2.5456 B 2.8 3.9598 C B 4.5 6.3640 C B 7.1 10.0409 D C 11.2 15.8392 C 18 25.4558 D 28 39.5980 D 45 63.6396 D 71 100.4092 Partes individuales de motores y máquinas, conectadas de una manera integral Clase I a la máquina (Motores < 15 Kw) Máquinas de tamaño medio (15 a 75 Kw) sin fundaciones o bases especiales, Clase II máquinas rígidamente montadas sobre fundaciones especiales (< 30 Kw) Máquinas rígidamente montadas en la dirección de la medición de la Clase III vibración Máquinas grandes montadas relativamente con pocas rigidez en la dirección Clase IV de la medición de la vibración Mino Urbani Brito 8
  • 9. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Unidad II: Análisis de la adquisición de datos Objetivos Específicos:  Analizar la medición de la vibración así como sancionar la forma de medición  Establecer los diferentes tipos de captadores de vibración así como su selección adecuada  Seleccionar el instrumento adecuado para medir vibración  Desarrollar habilidades y destrezas en la adquisición de datos de vibración. Contenido:  Etapas en la adquisición de datos  Instrumentos de medición y traductores de la vibración  Selección de los Instrumentos de Medición  Selección de captadores: •Captadores tipo velocidad (Sísmico, de vástago directo) •Captadores tipo aceleración (Acelerómetro). •Captadores tipo desplazamiento (transductor de proximidad).  Procedimientos de selección de transductores.  Ubicación de los puntos de prueba  Practica I: Mediciones del nivel total de vibraciones. Etapas en la adquisición de datos: Para comenzar el proceso de adquisición de datos es menester una serie de etapas tales como: A.- Elegir un punto adecuado para la medida, así como la recopilación de los datos necesarios para el análisis de la máquina, como son el tipo de cojinetes, de correas, número de alabes, etc. (Ubicación de los puntos de prueba). B.- Seleccionar el tipo de sensor más adecuado, así como su sensibilidad y ancho de banda, y su fijación al punto de medida con la finalidad de conseguir transformar las vibraciones mecánicas en señal eléctrica, ya sea tensión, intensidad, frecuencia, etc. (Transductor) C.- Seleccionar un acondicionador para el sensor, de ser necesario, ya que para las señales eléctricas necesitan de un acondicionador para hacerla utilizable en el sistema. (Acondicionador) D.- Calcular y medir con un analizador o convertidor analógico-digital para transformar (transformada rápida de Fourier) la señal para ser utilizada por un sistema informático. (Convertidor) E.- Mediante una computadora se procesa la señal, permitiendo la realización de los análisis correspondientes para presentar los resultados y análisis de las mediciones. (Computador) Mino Urbani Brito 9
  • 10. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Instrumentos de medición y traductores de la vibración: Los instrumentos electrónicos utilizados para la medición de vibraciones son clasificados como medidores, monitores y analizadores. Cada uno tiene su funciones o ventajas para su selección; todos, utilizan transductores o traductores de vibración que son captores o sensores de vibración. Los captores no pueden satisfacer todos los requerimientos de medición para la detección y análisis de las vibraciones, por ello existe una gran variedad de ellos para diferentes y específicas aplicaciones. A continuación se presentan las características principales necesarias para seleccionar los diferentes tipos de instrumentos de medición de la vibración y posteriormente se tiene las características de los sensores de vibración: Clasificación de los Instrumentos de medición: A.- Medidores: Instrumentos pequeños y manuales (portátiles) Usan batería Usos: revisión periódica, mantenimiento preventivo, miden la vibración total. Ventajas: Mediciones rápidas, ideal para visitas programadas y seguimientos de las vibraciones en hornos, molinos y ventiladores grandes. B.- Monitores: Instalados en subestaciones eléctricas o salas de control Instrumentos Usos: para mediciones continuas con alarmas de Medición y paradas y almacenan datos para tomar medidas preventivas y predictivas Ventajas: Monitoreo continuo de equipos grandes: Sopladores, motores, trenes de engranajes, líneas de laminación, etc. C.- Analizadores: Instrumentos semi – portátiles, requiere de ayudante Usan Fuente CA Usos: para mediciones específicas, mantenimiento correctivo. Ventajas: Ideal para balanceos y medición de vibración a diferentes frecuencias. Mino Urbani Brito 10
  • 11. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Selección de los Instrumentos de Medición A.- Medidores de Vibración: Instrumentos pequeños y manuales (portátiles) Usan batería Mediciones rápidas Constatan de un captador, de un cable y del medidor a.- Vibrómetros: Leen desplazamiento y/o velocidad b.- Medidores Avanzados: Leen desplazamiento, velocidad, aceleración y energía de impulsos c.- Medidores Combinados: Combinan las características necesarias para medir otros parámetros como el sonido d.- Recopiladores de datos: Vibrometros dotados de microprocesador Instrumentos programable, almacenan gran cantidad de datos de Medición B.- Analizadores de Vibración: Sintonización manual y automática Usan CA y batería Selector de parámetros, amplitudes, frecuencias y funciones (con o sin filtro, fase, test, oscilador interno (rpm), etc) Analógico y digital Auxiliares: Lámpara estroboscópica a.- De verificación avanzada: Limitan su uso a la medición de amplitud y frecuencia sin fase b.- Analizadores completos: Capacidades mayores que los anteriores incluyendo la medición de fase, filtro y otras características Selección de captadores: A.- Captador tipo velocidad: 1.- Captador sísmico: Características: a.- Esta compuesto por una caja o armadura del captador, dentro de ella se tiene una bobina de alambre enrollada sobre una masa y suspendida en uno de sus extremos por un resorte y en el otro por un amortiguador y alrededor de la bobina está un imán. b.- Funcionamiento: El traductor se adhiere o se apoya con firmeza contra un objeto vibrante, entonces el imán vibrará y la bobina permanece estacionaria. Cuando la bobina de alambre corta las líneas magnéticas, en el alambre se genera una corriente, cuya tensión es proporcional a la velocidad del movimiento. c.- Responde directamente a la velocidad de vibración. d.- Es un instrumento robusto y fácil de sostener. Mino Urbani Brito 11
  • 12. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica e.- Tiene relativamente altos niveles de erogación eléctrica y el calibrador del sistema no se ve afectado por la longitud del cable. f.- Es utilizable a frecuencias entre 600 y 100.000 cpm. Por debajo de 600 cpm tiene baja sensibilidad. g.- Necesita aplicación de voltaje a la bobina. 2.- Captador de vástago directo: Características: a.- Está compuesto por vástago anclado a una bobina que está dentro de una estructura rígida, y alrededor de la bobina está un imán. b.- El principio de funcionamiento es idéntico al de un captador sísmico. c.- Es ideal para mediciones de frecuencias muy baja como 50 cpm ya que la sensibilidad no disminuye con las bajas frecuencias. d.- Es muy aplicado a máquinas de balanceos. 3.- Captador piezoeléctrico: Características: a.- Esta compuesto por discos piezoeléctricos en vez de bobina. b.- Funcionamiento: Los esfuerzos debido a las fuerzas vibratorias originan una carga eléctrica en una pieza de cristal o de cerámica especial (piezoeléctrica), sin tener partes internas móviles. c.- La carga eléctrica producida por un elemento piezoeléctrico es tan reducido que la señal que emite debe ser amplificada antes de medirla. d.- Diseñados específicamente para aplicaciones de bajas frecuencias hasta 60 cpm. e.- Ideal para el balanceo a baja velocidad. f.- El amplificador incorporado proporciona una elevada señal de salida y baja impedancia para permitir la utilización de cables de gran longitud. g.- No es afectado por la presencia de campos magnéticos (interferencia magnética). B.- Captador tipo aceleración (Acelerómetro): Características: a.- Son similares que los captadores piezoeléctricos incluyendo el requerimiento de un amplificador. b.- Funcionamiento: Es un dispositivo autogenerador, con una salida de tensión o carga proporcional a la aceleración de la vibración. c.- La aceleración es una función del desplazamiento y la frecuencia al cuadrado, por lo que los acelerómetros son especialmente sensibles a la amplitud de la vibración que ocurre a altas frecuencias. d.- El material piezoeléctrico tiene la capacidad de generar una carga eléctrica en repuesta a la fuerza mecánica ejercida por la vibración que es proporcional a la cantidad de aceleración de la vibración. e.- Útiles para medir y analizar las vibraciones producida por engranajes y por rodamientos de elementos rodantes. Mino Urbani Brito 12
  • 13. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica f.- La longitud del cable puede ocasionar una reducción de la sensibilidad. g.- Son transductores pequeños, livianos y robustos, que funcionan en una gama muy amplia de frecuencias y de temperatura y resisten niveles de vibración muy elevados. h.- Ideales en aplicaciones donde hay carencia de espacio y donde el peso es una consideración importante. i.- Son mucho menos sensibles a los campos magnéticos como los que se generan en grandes motores de corriente alterna y de alternadores de gran tamaño. Fig. II.1: Captador tipo aceleración (Acelerómetro) C.- Captadores tipo desplazamiento (Transductor de proximidad sin contacto): Características: a.- Esta compuesto, básicamente, por una bobina alojada en la punta del captador y no cuenta con elementos que generen tensión o una carga eléctrica, por lo que requieren de un dispositivo electrónico (sensor de señales). El sensor de señales esta compuesto por un oscilador, detector y amplificador. b.- Funcionamiento: El sensor de señales emite una señal eléctrica de muy alta frecuencia aplicada a la bobina en la punta del sensor, generando un campo magnético donde el eje absorbe parte de esta energía. La reducción de potencia de la señal es inversamente proporcional a la distancia que existe entre el eje y la punta del captador (bobina) en forma de desplazamiento y lo envía hacia el analizador o monitor. c.- Necesita aplicación de corriente EDDY de alta frecuencia. d.- Son cantadores que evidencian la vibración que afecta al eje y/o el rotor, y no las vibraciones de las carcasas y rodamientos. Se aplican especialmente a máquinas que funcionan a velocidades muy elevadas, tales como turbinas, compresores y bombas centrífugas. e.- Mide la vibración real del eje, para poder determinar peligro cuando exista tolerancia en sellos, bocinas, rodamientos. Fig. II.2: Transductor de proximidad sin contacto Mino Urbani Brito 13
  • 14. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Procedimientos de selección de transductores. De acuerdo a las características dadas para cada transductor, no existe el instrumento perfecto para todas las aplicaciones. Sin embargo siempre habrá un transductor que será el mejor para cada determinado tipo de aplicación. Por lo que hay varios puntos importantes que se debe considerar en este proceso de selección: A.- Elegir los parámetros de medición: 1.- Desplazamiento (deformación): Se puede utilizar captadores de velocidad como los piezoeléctricos que pueden dar mediciones de desplazamiento confiables (hasta 60 cpm); y de aceleración cuando la frecuencia es menor de 300 cpm, aunque los de proximidad responden directamente al desplazamiento de la vibración. 2.- Velocidad (fatiga): Se puede utilizar los captadores de velocidad y aceleración. Los captadores de velocidad sísmicos y piezoeléctricos obtienen la velocidad de la vibración en forma directa. El acelerómetro puede producir el equivalente de una medición de velocidad solo si la frecuencia es menor de 180 cpm. 3.- Aceleración (fuerza) o energía de impulso: La aceleración y la energía de impulso deberán medirse solamente con un acelerómetro. B.- Determinar la gama de frecuencia a medir en función de la gama útil del transductor: 1.- Transductores de desplazamiento: Se utilizan para bajas frecuencias (hasta 600 cpm), para mediciones relativas, máquinas pesadas con rotores livianos. 2.- Transductores de velocidad: Se utilizan para gama de frecuencia a medir entre 600 y 100.000 cpm. Si se requiere medir los niveles de vibración total de la máquina. Ideal para procedimientos generales de análisis y la longitud de los cables puede llegar hasta 300 m. Para frecuencias entre 60 y 600 cpm y para balanceo a baja velocidad se recomienda el uso de un captador piezoeléctrico d velocidad. 3.- Transductores de aceleración: Se utilizan para frecuencias comprendidas entre 600 y 600.000 cpm. Si se desean repuestas estructurales a alta frecuencia. Para mediciones de la energía de impulsos en elementos rodantes, trenes de engranajes, asi como en fuentes de vibración aerodinámica de alta frecuencia (frecuencias del paso de alabes) . C.- La sensibilidad. D.- Las posibles limitaciones del tamaño y peso del traductor. E.- Temperatura ambiente, humedad y demás condiciones ambientales. F.- Las características mecánicas de la máquina: Para máquinas robustas y rotores livianos el captador de proximidad es una buena selección para hacer mediciones de desplazamiento relativo. Para otros tipos de máquinas los captores de velocidad y aceleración son más representativas. G.-Las consideraciones relativas al montaje. Mino Urbani Brito 14
  • 15. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Fig. II.3: Medidor de Vibraciones (VB-8201HA) Twilight ESPECIFICACIONES Pantalla de 61mm x 34mm LCD extra Pantalla grande Aceleración, velocidad, valores de RMS, Mediciones valor de punta, retención de datos, valores de mínimo y máximo Velocidad: 2 Rangos, 20 y 200 mm/S Rango Aceleración: 2 Rangos, 20 y 200 mm/S Calibración 159 Hz, 10 m/S ± 5% Frecuencia Rango: 40Hz ~ 1KHz Circuito Circuito de microcomputadora exclusivo Retención de Congelamiento de la lectura deseada Datos Retención de Para retener el valor de la punta punta Memoria Valor máximo y mínimo Apagado Auto apagado Tiempo de Aproximadamente 0.5 segundos muestra Consumo de Salida de Interface RS 232 para salida de datos a Aproximadamente DC 6 mA. energía Datos PC Peso Medidor: 230 g / Sonda: 38 g Temperatura 0° a 50° (32°F a 122°F) de operación Medidor: 180 x 72 x 32 mm Humedad de Menos de 80% RH Dimensión 2 operación Sonda con sensor de vibración: Batería DC9V alkalina o del tipo Alta Fuente de Ф 19 mm. x 21 mm. Duración, 006P, MN1604 (PP3) ó Poder equivalente Fig II.4: Medidor de vibración TV 200 Mino Urbani Brito 15
  • 16. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica El medidor de vibración sirve principalmente para el mantenimiento preventivo de instalaciones y máquinas de producción. Este medidor de vibración realiza mediciones rápidas del desequilibrio y comprueba el estado de los mecanismos. También se emplea para valorar el estado de pequeños electromotores.  Mide velocidad de vibración  Mantiene el valor de medición  Manejable, alimentado por baterías  Gran rango de frecuencia  Aviso de cambio de batería Fig II.5: Vibrómetro TV 300 El vibrómetro ofrece una manera rápida y sencilla de medir la aceleración, el camino y la velocidad de oscilación para comprobar vibraciones en máquinas y componentes. Una ventaja especial del vibrómetro consiste en la posibilidad de guardar los valores de medición en el aparato de manera directa. Por medio del cable de datos para el PC opcional podrá realizar la transmisión de datos del vibrómetro a un PC o laptop y si así lo desea, realizar una valoración de los mismos. Puede solicitar de modo opcional diferentes sensores de medición como p.e. el sensor de aguja extra largo.  Analiza aceleración, velocidad, vía de vibración, velocidad de giro y frecuencia.  Memoria interna de valores para 1800 valores (25 grupos de 72 valores cada uno). • Tres modos de indicación: • Modo especial: muestra valores pico de velocidades, aceleración de giro en RMS, variación de valor pico a pico simultánea. • Modo común: muestra sólo uno de los parámetros descritos anteriormente en cifras de gran tamaño. • Modo espectro: muestra el espectro.  Barras de estado en la pantalla con función de alarma y aviso.  Ajuste de fecha y hora.  Desconexión automática para proteger el acumulador (ajuste libre del tiempo).  Pantalla LCD con iluminación de fondo. Uno Gran rango de frecuencia.  de los factores mas relevante en la medición de los niveles de vibración que posee un equipo o una máquina es la ubicación de los puntos de prueba. Por ejemplo y en forma general, es deseable colocar el transductor de prueba lo más cerca posible del rodamiento, conlos Puntos de Prueba: rodamiento y el sensor. Se Ubicación de metal sólido entre el debe evitar la colocación en las gorras de rodamientos, ya que son hechas de metal delgado y conducen muy poco la energia de vibración. Si es posible habrá que seleccionar los lugares de ubicación de tal manera que no haya juntas entre metal y metal, entre el rodamiento y el sensor. La junta entre la campana y el Mino Urbani Brito 16 carter del estator de un motor es un ejemplo de esto.
  • 17. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Fig II.6: Ubicación de transductores En general se ha encontrado que para motores de menos de alrededor de 50 HP un punto de prueba es adecuado, pero para motores de más de 50 HP cada rodamiento debería de tener su propio punto de prueba. En las máquinas sensibles a los daños en los rodamientos y en las que los problemas de rodamientos se deberían detectar lo más temprano posible, cada rodamiento debería tener su propio punto de prueba. Fig. II.7: Ubicación de los puntos de prueba en Motor - Bomba Mediciones Triaxiales Para ayudar en la determinación de problemas de máquinas es muy útil obtener datos de vibración de cada punto de medición en tres direcciones. Esas direcciones se llaman Axial, Radial, y Tangencial. Axial es la dirección paralela a la flecha, radial es la dirección desde el transductor hacia el centro de la flecha, y tangencial es 90 grados de radial, tangente a la flecha. Fig. II.8: Mediciones Triaxiales Mino Urbani Brito 17
  • 18. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Condiciones de Prueba La firma de vibración de una máquina depende en gran parte de sus parámetros de operación y de su estado físico. Los parámetros de operación incluyen factores como velocidad de operación, carga, presión de descarga de la bomba, y presión de entrega del compresor. Es imperativo, que cuando se recopilan datos, las RPM de la prueba estén muy cerca de las RPM que se usaron en pruebas anteriores. En equipo accionado por turbinas, la velocidad se debe verificar usando un tacómetro estroboscopico portatil u otro, y la velocidad debe ser constante sin variaciones. Las presiones de las sondas deben ser el reflejo de las condiciones de operación normal. No se recomienda probar las bombas con las válvulas de descarga cerradas. Práctica I: Medición del nivel total de vibraciones. OBJETIVO GENERAL: • Establecer la condición de funcionamiento de una maquina en función de la Vibración. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • Desarrollar habilidades y destrezas en la adquisición de datos • Realizar equivalencia entre las características de la Vibración. • Establecer la condición de funcionamiento de una maquina utilizando la Carta de Severidad. • Identificar algunos instrumentos de medición de Vibración. PRE-LABORATORIO Investigar y aprender: • Causas y características de la Vibración. • Severidad y gráficos de severidad de la Vibración. • Selección de instrumentos de medición adecuados para la recolección de datos en el análisis de la Vibración. MATERIALES Y EQUIPOS • Analizador de Vibración IRD-350. • Captador. • Equipo simulador de fallas o maquinarias. • Tabla de recolección de datos (Formato MV 01). COMPRENSIÓN • ¿Por qué no se puede realizar un diagnostico preciso con las cartas de severidad? • ¿Cómo influye la velocidad de rotación en el nivel de Vibración y la condición de funcionamiento? • ¿Para qué se realiza el análisis de Vibraciones? • ¿Cuáles son las características de la Vibración y que me determinan cada una de ellas? • Diferencia entre captador e instrumentos de medición de la Vibración. Mino Urbani Brito 18
  • 19. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica PARTE PRÁCTICA • Realice las mediciones de amplitud (desplazamiento y velocidad) en función del tiempo. •Realice el esquema del equipo en la tabla de recolección de datos. POST-LABORATORIO • Establecer la condición de funcionamiento de la maquina con la tabla de severidad. • Haga la equivalencia de los valores obtenidos en la práctica de las mediciones en función de rms. • Realice el análisis de los resultados de la experiencia. • Analice los resultados obtenidos sobre la importancia del análisis de vibraciones en los equipos de una empresa • Recomendaciones. Unidad III: Interpretación de datos Objetivos específicos:  Identificar los tipos de análisis de vibración.  Establecer la condición de funcionamiento de una máquina en función de la vibración.  Desarrollar habilidades y destrezas en la medición y análisis de vibraciones en función de la frecuencia. Contenido:  Análisis de la Vibración.  Tipos de análisis: •Análisis de amplitudes. •Análisis de frecuencias. •Análisis de fases.  Diagnostico de la vibración de maquinarias  Practica II: Medición del nivel de vibración en función de la frecuencia. Análisis de la Vibración El análisis de la vibración es una técnica del mantenimiento predictivo, que se basa en la detección de fallos en un sistema, a través del estudio de los niveles de vibración. Este estudio es capaz de mostrar fallos prematuros sin necesidad de recurrir a paradas por averías, permite optimizar tiempos y la producción. El objetivo final es obtener la representación del espectro de las vibraciones de una máquina para su posterior análisis. Tipos de Análisis Mino Urbani Brito 19
  • 20. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Al detectar la presencia de algún problema que ocasiona alta vibración, encontrar cual es la pieza defectuosa o causa que la origina es generalmente un proceso de eliminación. Esto se facilita con el uso de métodos que permiten identificar las características propias del problema y entre estos métodos se tienen: 1.- Análisis de amplitudes 2.- Análisis de frecuencia 3.- Análisis de fase 4.- Medición de amplitud contra tiempo 5.- Forma de Onda 1.- Análisis de Amplitudes La amplitud de la vibración es el primer indicador de la condición de una máquina. Cuanto mayor amplitud tenga más grave será la vibración. El análisis de amplitudes consiste en hacer mediciones de amplitudes en la dirección horizontal, vertical y axial para ayudar a identificar los problemas comunes que puede ocurrir a una determinada frecuencia excitatriz. A.- Procedimiento del Análisis de Amplitudes El interés principal de un análisis de amplitudes deberá ser la identificación de las amplitudes predominantes de la vibración, la determinación de las causas, y la corrección del problema que ellas representan. No es generalmente necesario dedicar tiempo a la identificación de las vibraciones no significativas (de baja amplitud), ya que éstas probablemente tienen muy poca influencia sobre el estado general de la máquina. B.- Características: a.- La amplitud mas alta de la vibración se encuentra normalmente cerca de la pieza de o la máquina en la cual se localiza el problema. b.- Cuanto mayor es la amplitud tanto mas grave será la vibración. c.- La amplitud total de vibración es la sumatoria de las amplitudes de vibración a las diferentes frecuencias excitatrices de la máquina, que generan las causas de vibración. (Ver Fig. IV.1) d.- Las mediciones de amplitud se pueden hacer con vibrómetros portátiles o con analizadores. e.- La amplitud de la vibración puede ser medida en términos de desplazamiento, la velocidad o aceleración que son características que permiten determinar la severidad de la vibración. Mino Urbani Brito 20
  • 21. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Fig. III.1: Máquina típica con varias fuentes de vibración De esta última característica se tiene la siguiente tabla que indica cuando utilizar las mediciones indicadas para determinar que tan severo es la vibración de un equipo. Tabla Nro. III.1: Criterio para el uso de las características en el análisis de la amplitud Característica Criterio Desplazamiento El desplazamiento de la vibración es el mejor indicador de la severidad de vibración cuando existen condiciones de esfuerzo dinámico a frecuencia por debajo de las 600 CPM. Velocidad La velocidad de la vibración está en relación directa con la velocidad de la máquina, para la mayoría de los fines generales de medición de la vibración este es el parámetro de medición preferida para frecuencias comprendidas entre 600 y 60.000 CPM. Aceleración La aceleración de la vibración está estrechamente relacionada con las fuerzas relativamente significativas que pueden generarse a alta frecuencias donde el desplazamiento y la velocidad son mínimos, se recomienda para frecuencias superiores a 60.000 CPM. C.- Métodos de comparación En el análisis de amplitudes existen dos tipos de comparaciones: Radial contra axial y horizontal contra vertical (Ver Fig. III.2). Tabla Nro. III.2: Causa y efecto de acuerdo al tipo de comparaciones en el análisis de amplitudes. Radial VS Axial Causa Efecto Figura Mino Urbani Brito 21
  • 22. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Desequilibrio doble apoyo Desalineación Vibraciones altas radiales y vibraciones baja axiales Desequilibrio voladizo Horizontal VS. Vertical Comportamiento normal de Vibración horizontal de 2 a 5 Radial vibración veces mayor que la vertical (Vertical) Resonancia de la máquina Vibración horizontal mayor de o estructura 8 veces que la vertical Radial (Horizontal) Cojinetes flojos, juego en Vibración horizontal inferior Axial Fig. IV.2: Disposición de ejes rodamientos que la vertical 2.- Análisis de Frecuencias La vibración de la mayoría de las máquinas consta de muchas frecuencias diferentes, por lo que el análisis de frecuencias persigue identificar con precisión la frecuencia de la vibración y relacionarla con la velocidad de rotación de las varias partes de la máquina identificando así el problema y la pieza responsable. A.- Procedimiento del Análisis de Frecuencias Para hacer un análisis de frecuencia se deben conocer las frecuencias excitatrices de la máquina, que son aquellas generadas por la misma máquina o pieza componente de ella; y las frecuencias armónicas de éstas, que son múltiplos enteros de cada frecuencia excitatriz generada sobre todo en vibraciones complejas. B.- Características a.- Señales de vibración compleja a menudo incluyen frecuencias armónicas. b.- La frecuencia armónica es un múltiplo exacto de la frecuencia fundamental, excitatriz o primaria que es generada por la misma máquina o parte de ella. c.- La frecuencia excitatriz, normalmente, se produce a 1 X RPM y se le conoce como primera armónica, esto quiere decir, que es igual a la velocidad de rotación del elemento rotativo 1 X RPM. d.- Es posible notar niveles de vibración significantes a armónica 2 X RPM, 3 X RPM, e inclusos mas altas. e.- Se presenta otra frecuencia mas importante llamada frecuencia dominante, que es la que tiene mayor amplitud y es la mas indicativa de la presencia de un problema. C.- Métodos de comparación Mino Urbani Brito 22
  • 23. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica En el análisis de frecuencia se debe determinar dentro de las frecuencias excitatrices de una máquina la frecuencia dominante. El barrido de frecuencias permite determinar la frecuencia dominante y éste se puede hacer manual o automáticamente filtrando las frecuencias. Para realizar un buen barrido se debe realizar en cada punto de interés de la máquina y en las tres direcciones y se recomienda graficar la amplitud contra la frecuencia en graficación semi – logarítmica para resaltar amplitudes a bajas frecuencias y en graficación lineal de la amplitud para uso general. Las siguientes figuras muestran la determinación de las frecuencias excitatrices en caso de una máquina con velocidades variables y las graficaciones indicadas en el párrafo anterior. 50 Dientes Frecuencias Excitatrices Eje de entrada: 1 * 20 = 20 RPM 2 * 20 = 40 RPM 4 RPM 3 * 20 = 60 RPM Eje de Salida 1 * 4 = 4 RPM 20 RPM 2 * 4 = 8 RPM 3 * 4 = 12 RPM Contacto de dientes 20 * 10 = 50 * 4 = 200 RPM 10 Dientes Fig. III.3 Determinación de las frecuencias primarias Fig. III.4 Graficación semi – logaritmica de la Fig. III.4 Graficación lineal de la amplitud amplitud 3.- Análisis de Fases El análisis de fase consiste en hacer mediciones de fase en cada punto de apoyo de la máquina en las direcciones horizontal, vertical y axial, para identificar problemas específicos que ocurren a una determinada frecuencia. A.- Características a.- Las mediciones de fases se realizan a 1 RPM, usando la misma marca de referencia. b.- Las mediciones de fases también se utilizan para evaluar los efectos de temperatura, carga, etc. c.- Las mediciones de fases se pueden realizar mediante una luz estroboscópica, un sensor magnético o un sensor foto eléctrico. d.- Se pueden hacer análisis de fases: Axial, horizontal contra vertical, con uso de implementos auxiliares y vertical Mino Urbani Brito 23
  • 24. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica B.- Métodos de comparación Las mediciones comparativas de fase se utilizan como sigue: a.- Balanceo: La fase se utiliza para determinar el tipo de desbalance, estático o dinámico, y para cualquier cantidad y la ubicación angular de los pesos de corrección. b.- Alineación: Las mediciones comparativas de fase revelan el tipo de falla de alineación (angular o descentramiento) y la ubicación del defecto. c.- Aflojamiento: Se usa la fase para detectar la existencia de movimiento relativo de los componentes de las máquinas. d.- Estudio de modalidad (vibración en resonancia): Las lecturas comparativas de fase pueden revelar formas de modalidad en todos los tipos de estructuras para maquinaria. Diagnostico de la vibración de maquinarias Los eventos que rodean el desarrollo de una falla mecánica son complejos, para poder establecer un límite confiable. Hay que tener un indicador general de la condición de la máquina que pueda ser evaluada en base a la amplitud de la vibración; esto es posible utilizando pautas generales que han sido desarrolladas a través de la experiencia adquirida durante muchos años. El valor de severidad de la vibración asociada a un rango de clasificación en particular, depende del tamaño y masa del cuerpo vibrante, las características del montaje del sistema, la salida y el uso que se le da a la máquina. Para ayudar el diagnostico de la falla por vibración de un equipo o maquina se tienen tablas de identificación de las posibles causas de la vibración de acuerdo a diferentes parámetros o características que se mida. Igualmente existen gráficos y ábacos que indican cuales son los límites o niveles admisibles y de alarma en que equipo funciona o no. Todas esta como ya se indicó desarrolladas bajo experiencias de instituciones o empresas especializadas. La norma ISO 2372 presenta los rangos de severidad de vibración de los diferentes niveles de alarma, y los factores de servicio para cuatro tipos de máquina (Ver tabla I (Unidad I)). A continuación se presentan tablas y gráficos de identificación de problemas de vibraciones, así como tablas de severidad de vibración. Tabla No. III.3: Tabla de frecuencia y posibles causas Frecuencia en RPM Causas mas Otras causas posibles y comentarios probables 1 x RPM Desequilibrio 1. Chumaceras, engranajes o poleas excéntricas. 2. Eje desalineado o deformado en caso de alta vibración axial. 3. Correas defectuosas si se trata de RPM de correa 4. Resonancia. 5. Fuerzas reciprocas. 6. Problemas eléctricos. 2 x RPM Juego mecánico 1. Desalineación en caso de alta vibración axial. excesivo. 2. Fuerzas reciprocas. 3. Resonancia. 4. Correas defectuosas si se da 2 x RPM de Correa. 3 x RPM Desalineación. De costumbre se trata de desalineación y juego axial excesivo (soltura) combinados. Menos de 1 x RPM. Movimiento 1. Correas de transmisión defectuosas giratorio del aceite 2. Vibración ambiental Mino Urbani Brito 24
  • 25. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica (menos de ½ RPM). 3. Resonancia subarmonica. 4. Vibración que late. Sincrónica (frecuencia Problemas Los problemas eléctricos mas frecuentes incluyen las barras de línea AC) eléctricos. de rotor rotas, rotor excéntrico, fase desequilibradas en sistemas polifacéticos, abertura de aire desigual. 2 x Sincrónica Pulsaciones de Problema raro a menos que se excite la resonancia. frecuencia torque. Muchas veces la de Engranajes Numero de dientes multiplicado por las RPM del engranaje RPM (frecuencia defectuosos defectuoso armónicamente Fuerzas Numero de palas del ventilador por las RPM. relacionada) aerodinámicas Fuerzas hidráulicas Numero de alabes impulsores por las RPM Soltura mecánica Podrá darse a 2, 3, 4 o más armónicas de ser mucha la Fuerzas reciprocas soltura. Frecuencia elevada (sin Cojinetes 1. Vibración del cojinete puede ser inestable en cuanto a relación armónica) antifricción amplitud y frecuencia. defectuosos 2. Cavitacion recirculación y flujo turbulento provocan vibración casual de alta frecuencia. 3. Lubricación incorrecta de cojinetes de fricción (Vibración excitada por fricción) 4. Frotamiento. Tabla No. III.4: Identificación de vibraciones en función de amplitud, frecuencia y fase CAUSA AMPLITUD FRECUENCIA FASE OBSERVACIONES Desbalance Proporcional al 1x rpm Única. Marca de Es la causa de la vibración más desbalance; mayor referencia estable, común. en sentido radial. repetible Falta de Mayor en sentido 1x rpm es lo usual; a Única, doble o triple. La mejor manera de encontrarlo es alineamiento de axial, 50% o más de veces, 2 y 3x rpm por la aparición de una alta acoplamiento o la vibración radial. vibración axial. Usar indicadores rodamientos y eje de cuadrante para diagnostico torcido positivo. Si es una maquina con rodamientos de chumaceras y no hay falta de alineamiento entre acoplamientos, balancear el rotor. Rodamientos en Inestable; uso de las Muy alta, Erráticas. La chumacera responsable es con mal estado, por mediciones de ocasionalmente varias Marcas múltiples toda probabilidad la que esta mas antifricción. velocidad, veces las rpm. cerca del punto, con la mayor aceleración y energía cantidad de vibración de alta de impulsos. frecuencia. Se recomienda mediciones de la energía de impulsos durante el análisis de las fallas de las chumaceras. Chumaceras Normalmente no 1 x rpm Marca Única. Si ocurre en los engranajes, la Excéntricas muy grande. mayor vibración esta en línea con el centro de los engranajes, si se nota en el motor o en el generador, la vibración desaparece al cortar la corriente. Si ocurre en la bomba o en el soplador, tratar de balancear. Engranajes en mal Baja, uso de las Muy altas, cariedad Erráticas, marcas Se recomienda mediciones de estado o ruidosos mediciones de de dientes en el múltiples. velocidad, aceleración y energía velocidad, amplitud engranaje por rpm. de impulso durante el análisis de y energía de los problemas en los engranajes. impulso. Analizar la frecuencia de los Mino Urbani Brito 25
  • 26. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica órdenes más altos y de las bandas laterales. Aflojamiento A veces erraticas 2 x rpm. Dos: marcas de Normalmente acompañado por Mecánico referencias levemente desbalance y/o falta de erráticas. alineamiento. Bandas de Errática o pulsante. 1, 2,3 y 4 x rpm de Una o dos. Según la La luz estroboscopica es la mejor accionamiento en las bandas. frecuencia, herramienta para inmovilizar la mal estado. generalmente banda que esta fallando. inestable. Problemas eléctricos Desaparece cuando 1 x rpm o 1 o 2 x la Única o marca doble Si la amplitud de la vibración se desconecta la frecuencia sincrónica relativa. decae de inmediato al cortar la energía eléctrica. energía eléctrica, la causa es eléctrica, los problemas mecánicos y eléctricos provocarán impulsos. Fuerzas Peden ser grandes en 1 x rpm o cantidad de Marcas múltiples Rara como causas de problemas, aerodinámicas o sentido axial. aspas del ventilador o con la excepción de los casos de hidráulicas. rotor impulsor por resonancia. rpm. Fuerzas reciprocas Mas alta en línea con 1,2 u ordenes mas Marcas múltiples Inherente en las maquinas de el movimiento. elevados por rpm. movimiento alternativo, puede ser reducida solamente mediante modificación del diseño o con aislamiento. Práctica II: Medición de los niveles de vibración en función de las frecuencias. OBJETIVO GENERAL: • Determinar las posibles causas que están generando los niveles de alerta de la vibración. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. • Desarrollar habilidades y destrezas en la medición y análisis de vibraciones en función de la frecuencia. • Identificar los niveles de alerta de Vibración. • Determinar la frecuencia dominante de la maquina. • Analizar las causas que generan la Vibración. PRE-LABORATORIO Investigar y aprender: • Interpretación de datos, • Procedimientos generales del análisis de Vibración, Tipos de análisis, • Diagnostico de la vibración de maquinarias debido a: falta de alineación y balanceo, excentricidad, elementos rodantes defectuosos, elementos mecánicos. MATERIALES Y EQUIPOS • Analizador de Vibración IRD-350. • Lámpara de luz estroboscopica • Ventilador eléctrico. • Tabla de recolección de datos (Formato MV 02). COMPRENSIÓN • Analice el comportamiento de un equipo de acuerdo a 3 causas diferentes. Mino Urbani Brito 26
  • 27. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica •¿Cuales son las ventajas que predominan en la selección de un tipo de análisis de Vibración? PARTE PRÁCTICA • Realice un barrido de los puntos de la maquina que presenten los niveles mas altos de Vibración. • Realice un esquema del equipo en el formato de recolección de datos MV 02. POST-LABORATORIO • Construya el espectro de Vibración. • Determine las frecuencias características de los componentes de la maquina. • Establezca las posibles causas de los problemas de Vibración. • Analice los resultados obtenidos en la experiencia. • Conclusión. • Recomendaciones. Unidad IV: Análisis de Ruidos en maquinarías Objetivos específicos:  Definir y especificar las diferentes fuentes y características del ruido  Establecer los niveles de ruidos indicativos de problemas mecánicos y las alternativas de reducción de ruidos en máquinas  Desarrollar habilidades y destrezas en la medición del nivel de ruido en función de las revoluciones de la máquina y de la distancia del receptor. Contenido:  Ruido: •Definición •Fuentes y características  Intensidad del ruido  Reducción de ruidos: •Materiales absorbentes de ruidos •Tipos de silenciadores  Aplicaciones  Practica III: Medición del nivel de ruido El alumno debe desarrollar investigación grupal sobre el contenido de la unidad basado en los aspectos indicados en el pre – laboratorio y compresión de la practica III: Mino Urbani Brito 27
  • 28. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Mino Urbani Brito 28
  • 29. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Unidad V: Balanceo Dinámico Objetivos específicos:  Definir el principio básico del balanceo  Identificar los tipos de balanceo  Selecciona y aplicar la prueba adecuada para solventar problemas de balanceo  Desarrollar habilidades y destrezas en la corrección de problemas de vibración a través del balanceo dinámico Contenido:  Balanceo: •Principios básicos •Tipos: •Balanceo estático •Balanceo dinámico en un plano •Balanceo dinámico en dos planos  Selección y uso de pruebas  Aplicaciones  Practica IV: Corrección de problemas de vibración a través del balanceo dinámico Balanceo: Mino Urbani Brito 29
  • 30. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar Departamento de Mecánica Es la corrección del desequilibrio o desbalance o la acción que se realiza sobre un rotor con el fin de anular la fuerza centrífuga (F) que origina un peso de desbalance localizada a cierta distancia del centro de giro; en forma general, el balanceo consiste en distribuir el peso de un rotor equitativamente alrededor de su línea central de giro. Desequilibrio W R R L W Balanceo F = W2 * R * m Fb = W2 * L * m Balance: F = Fb m*R=L*m Fig. V.1: Modelo matemático del balanceo Mino Urbani Brito 30