La razón principal para analizar y diagnosticar el
estado de una maquina es determinar las medidas
necesarias para corregir la condición de vibración – reducir el nivel de las
fuerzas vibratorias no deseadas y no necesarias. De manera que, al estudiar los
datos, el interés principal deberá ser la identificación
de las amplitudes predominantes de la vibración, la determinación de las
causas, y la corrección del problema que ellas representan.
El siguiente material muestra los diferentes causas de vibración y
sus consecuencias, lo cual nos ayudara enormemente para interpretar los datos
que podamos obtener , determinado así el tipo de vibración que se presenta y
buscar así la debida corrección de las mismas.
El desbalance de la maquinaria es una de las causas
más comunes de la vibración. En muchos casos, los datos arrojados por un estado de desbalance indican:
·
1. La frecuencia de
vibración se manifiesta a 1x las rpm de la pieza desbalanceada.
·
2. La amplitud es
proporcional a la cantidad de desbalance.
·
3. La amplitud de la
vibración es normalmente mayor en el sentido de medición radial, horizontal o vertical (en las
maquinas con ejes horizontales).
·
4. El análisis de fase indica lecturas de fase
estables.
·
5. La fase se desplazará
90º si se desplaza el captador 90º.
Nota: el
desbalance de un rotor saliente a menudo tiene como resultado una gran amplitud
de la vibración en sentido axial, al mismo tiempo que en sentido radial.
En la mayoría de los casos los datos derivados de
una condición de falta de alineamiento indican lo siguiente:
·
1. La frecuencia de
vibración es de 1x rpm; también 2x y 3x rpm en los casos de una grave falta de
alineamiento.
·
2. La amplitud de la
vibración es proporcional a la falta de alineamiento.
·
3. La amplitud de la
vibración puede ser alta también en sentido axial, además de radial.
·
4. El análisis de fase
muestra lecturas de fase inestables.
La falta de alineamiento, aun con acoplamientos
flexibles, produce fuerzas tanto radiales como axiales que, a su vez, producen
vibraciones radiales y axiales.
Nota: Uno
de los indicios más importantes de problemas debidos a falta de alineamiento y a
ejes torcidos es la presencia de una elevada vibración en ambos sentidos,
radial y axial. En general, cada vez que la amplitud de la vibración axial sea
mayor que la mitad de la lectura radial más alta, hay un buen motivo
de sospechar la existencia de un problema de alineamiento o eje torcido.
Los tres tipos básicos de
falta de alineamiento en el acoplamiento son: angular,
en paralelo y una combinación de ambos.
Una falta de alineamiento angular sujeta
principalmente los ejes de las maquinas accionadora y accionada a vibración
axial igual a la velocidad de rotación (rpm) del eje.
La falta de alineamiento en
paralelo produce principalmente vibración radial con una
frecuencia igual al doble de la velocidad de rotación del eje.
La excentricidad es otra de las causas comunes de
vibración en la maquinaria rotativa. Excentricidad en este caso no significa
"ovalización", sino que la línea central del eje no es la misma que
la línea central del rotor – el centro de rotación verdadero difiere de la
línea central geométrica.
La excentricidad es en realidad una fuente común de
desbalances, y se debe a un mayor peso de un lado del centro de rotación que
del otro.
Una manera de diferenciar entre desbalance y
excentricidad en este tipo de motor es medir la vibración con filtro afuera
mientras el motor está funcionando bajo corriente. Luego, se desconecta el
motor, observando el cambio de la amplitud de vibración. Si la
amplitud se reduce gradualmente mientras el motor sigue girando por inercia, es
muy probable que el problema sea debido a desbalance; Si, en cambio, la
amplitud de vibración desaparece en el momento mismo en que el motor es
desconectado, el problema es seguramente de naturaleza eléctrica, y es muy posible que se
deba a excentricidad del inducido.
La excentricidad en rodetes o rotores de
ventiladores, sopladores, bombas y compresores puede también crear fuerzas
vibratorias. En esos casos las fuerzas son el resultado de fuerzas
aerodinámicas e hidráulicas desiguales que actúan contra el rotor.
De Elementos Rodantes Defectuosos
Defectos en las pistas, en las bolas o en los
rodillos de rodamientos de elementos rodantes ocasionan vibración de alta
frecuencia; y, lo que es mas, la frecuencia no es necesariamente un múltiplo
integral de la velocidad de rotación del eje. La amplitud de
la vibración dependerá de la gravedad de la falla del rodamiento.
Nota: la
vibración generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros
puntos de la máquina. Por lo tanto, el rodamiento defectuoso es generalmente el
que se encuentra más cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibración
de este tipo.
Falla de Rodamientos – Otras
causas
Los rodamientos no fallan prematuramente a menos
que alguna otra fuerza actúe sobre ellos; y tales fuerzas son
generalmente las mismas que ocasionan vibración.
Causas comunes de fallas en
los rodamientos de elementos rodantes:
·
Carga excesiva
·
Falta de alineamiento
·
Defectos de asientos del eje
y/o de las perforaciones en el alojamiento
·
Montaje defectuoso
·
Ajuste incorrecto
·
Lubricación inadecuada o
incorrecta
·
Sellado deficiente
·
Falsa brinelación (Deformación
bajo carga)
·
Corriente eléctrica
Elevados niveles de vibración, ocasionados por
rodamientos de chumacera defectuosos, son generalmente el resultado de una
holgura excesiva (causada por desgaste debido a una acción de barrido o por erosión química),
aflojamientos mecánicos (metal blanco suelto en el alojamiento), o problemas de lubricación.
·
a) Holgura
excesiva de los rodamientos
Un rodamiento de chumacera con holgura excesiva
hace que un defecto de relativamente menor importancia, tal como un leve
desbalance o una pequeña falta de alineamiento, u otra fuente de fuerzas
vibratorias, se transformen como resultado de aflojamientos mecánicos o en
golpes repetidos (machacado).
En tales casos el rodamiento
en si no es lo que crea la vibración; pero la amplitud
de la misma seria mucho menor si la holgura de los rodamientos fuera correcta.
A menudo se puede detectar un rodamiento de chumacera
desgastado por "barrido" efectuando una comparación de las amplitudes
de vibración horizontal y vertical. Las maquinas que están montadas
firmemente sobre una estructura o cimentación rígidas revelaran,
en condiciones normales, una amplitud de vibración ligeramente más alta en
sentido horizontal.
·
b) Torbellino
de aceite
Este tipo de vibración ocurre solamente en maquinas
equipadas con rodamientos de chumacera lubricados a presión, y que funcionan a velocidades
relativamente altas – normalmente por encima de la segunda velocidad critica
del motor.
La vibración debida a torbellinos de aceite a menudo es muy pronunciada, pero se
reconoce fácilmente por su frecuencia fuera de lo común. Dicha
frecuencia es apenas menor de la mitad de la velocidad de rotación (en rpm) del
eje – generalmente en el orden del 46 al 48% de las rpm del eje.
El problema de los torbellinos de aceite
normalmente se atribuye a diseño incorrecto del rodamiento, desgaste
excesivo del rodamiento, un aumento de la presión del lubricante o un cambio de
la viscosidad del aceite.
Se pueden hacer correcciones
temporales modificando la temperatura del aceite (viscosidad),
introduciendo un leve desbalance o una falta de alineamiento de manera de
aumentar la carga sobre el eje, o rascando y/o ranurando los costados del
rodamiento, para desbaratar la "cuña" de lubricante. Desde luego, una
solución más duradera es reemplazar el rodamiento con uno que haya sido
diseñado correctamente de acuerdo a las condiciones operativas de la maquina, o
con uno que esté diseñado para reducir la posibilidad de formación de
torbellinos de aceite.
Los rodamientos con ranuras
axiales usan las ranuras para aumentar la resistencia a la formación de torbellinos de
aceite en tres puntos espaciados uniformemente. Este tipo de configuración está
limitado a las aplicaciones más pequeñas, tales como turbinas de gas livianas y turbocargadores.
Los rodamientos de chumacera
de lóbulos brindan estabilidad contra los torbellinos de
aceite al proporcionar tres puntos ce concentración de la película de aceite
bajo presión, que sirven para centrar al eje.
Los rodamientos de riñón basculante son comúnmente
utilizados para las maquinas industriales más grandes, que funcionan a
velocidades más altas.
Hay dos causas comunes de vibración que pueden
inducir un torbellino de aceite en un rodamiento de chumacera:
·
1- Vibración
proveniente de maquinaria ubicada en las cercanías: Puede
ser transmitida al rodamiento de chumacera a través de estructuras rígidas, tales como tuberías y
cimentaciones. A este fenómeno se le conoce como Torbellino Inducido por el
Exterior.
·
2- Vibración
ocasionada por otros elementos de las maquina misma.
Toda vez que se detecta la vibración característica
del torbellino de aceite se deberá realizar una completa investigación
de las vibraciones en toda la instalación, incluyendo las fuentes de vibración circunvecina, la
estructuras de cimentación y las tuberías relacionadas. Se podrá así quizás
descubrir una causa externa de los problemas de torbellino de aceite.
·
c) Torbellinos
de Histéresis
Este tipo de vibración es similar a la vibración
ocasionada por el torbellino de aceite, pero ocurre a frecuencias diferentes,
cuando el rotor gira entre la primera y la segunda velocidad critica.
Un rotor que funcione por encima de la velocidad
critica tiende a flexionarse, o asquearse, en sentido opuesto del punto pesado
de desbalance. La amortiguación interna debida a histéresis, o sea la
amortiguación de fricción, normalmente limita la deflexión a niveles
aceptables. Sin embargo, cuando acontece un torbellino por histéresis, las
fuerzas amortiguadoras se encuentran en realidad en fase con la deflexión, y
por lo tanto, acrecentan la deflexión del motor.
Cuando dicho rotor está funcionando por encima de
la primera velocidad critica pero por debajo de la segunda, el torbellino por
histéresis ocurre a una frecuencia exactamente igual a la primera velocidad
critica del rotor.
Nota: La
frecuencia de formación del torbellino de aceite es levemente menor de la mitad
de la velocidad de rotación del rotor.
La vibración ocasionada por un torbellino por
histéresis tendrá la misma características que las ocasionadas por un
torbellino de aceite cuando la maquina funcione a velocidades superiores a la
segunda velocidad critica del eje. Es decir, que una severa vibración se
producirá a una frecuencia levemente menor que 0.5x las rpm del rotor.
El torbellino por histéresis
es controlado normalmente por la acción de amortiguación provista
por los rodamientos de chumacera en si. Sin embargo, cuando la amortiguación
estacionaria es baja en comparación con la amortiguación interna del rotor, es
probable que se presenten problemas. La solución usual para este problema es
aumentar la amortiguación estacionaria de los rodamientos y de la estructura de
soporte de los mismos, lo que puede lograrse instalando un rodamiento de riñón
basculante o de algún rodamiento de diseño especial. En algunos casos el
problema puede ser solucionado reduciendo la amortiguación dada por el rotor –
sencillamente, cambiando un acoplamiento de engranajes con una versión sin
fricción; por ejemplo, con un acoplamiento de disco flexible.
Lubricación Inadecuada
Una inadecuada lubricación, incluyendo la falta de
lubricación y el uso de lubricantes incorrectos, puede ocasionar problemas de
vibración en un rodamiento de chumacera. En semejantes casos la lubricación
inadecuada causa excesiva fricción entre el rodamiento estacionario y el eje
rotante, y dicha fricción induce vibración en el rodamiento y en las demás
piezas relacionadas. Este tipo de vibración se llama "dry whip", o
sea látigo seco, y es muy parecido al pasar de un dedo mojado sobre un
cristal seco.
La frecuencia de la vibración debida al látigo seco
generalmente es muy alta y produce el sonido chillón característicos de los
rodamientos que están funcionando en seco. No es muy probable que dicha
frecuencia sea algún múltiplo integral de las rpm del eje, de manera que no es
de esperarse ningún patrón significativo bajo la luz estroboscópica. En este respecto, la
vibración ocasionada por el látigo seco es similar a la vibración creada por un
rodamiento antifriccion en mal estado.
Toda vez que se sospeche que un látigo seco sea la
causa de la vibración se deberá inspeccionar el lubricante, el sistema de lubricación y la holgura del
rodamiento.
El aflojamiento mecánico y la acción de golpeo
(machacado) resultante producen vibración a una frecuencia que a menudo es 2x,
y también múltiplos más elevados, de las rpm. La vibración puede ser resultado
de pernos de montaje sueltos, de holgura excesiva en los rodamientos, o de
fisuras en la estructura o en el pedestal de soporte.
La vibración característica de un aflojamiento
mecánico es generada por alguna otra fuerza de excitación, como un
desbalance o una falta de alineamiento. Sin embargo, el aflojamiento mecánico
empeora la situación, transformando cantidades relativamente pequeñas de
desbalance o falta de alineamiento en amplitudes de vibración excesivamente
altas. Corresponde por lo tanto decir que el aflojamiento mecánico permite que
se den mayores vibraciones de las que ocurrirían de por sí, derivadas de otros problemas.
Nota: Un
aflojamiento mecánico excesivo es muy probable que sea la causa primaria de los
problemas cuando la amplitud de la vibración 2x las rpm es más de la mitad de
la amplitud a la velocidad de rotación, 1x las rpm.
Las bandas de accionamiento del tipo en
"V" gozan de mucha popularidad para la transmisión del movimiento puesto que tienen una alta
capacidad de absorción de golpes, choques y vibraciones.
Los problemas de vibración asociados con las bandas
en "V" son clasificados generalmente por:
·
Reacción de la banda a otras
fuerzas, originadas por el equipo presente, que causan alteraciones.
·
Vibraciones creadas por
problemas de la banda en sí.
Las bandas en "V" son consideradas a
menudo como fuente de vibración porque es tan fácil ver las bandas que saltan y
se sacuden entre poleas. Por lo general, el reemplazo de las
bandas es a menudo una de las primeras tentativas de corrección de los
problemas de vibración.
Sin embrago es muy posible que la banda esté
sencillamente reaccionando a otras fuerzas presentes en la maquina. En tales
casos las banda es solamente un indicador de que hay problemas de vibración y
no representan la causa misma.
La frecuencia de vibración de las bandas es el
factor clave en la determinación de la naturaleza del problema. Si la banda
está sencillamente reaccionando a otras fuerza de alteración, tales como
desbalance o excentricidad en las poleas, la frecuencia de vibración de la
banda será muy probablemente igual a la frecuencia alterante. Esto significa
que la pieza de la maquina que realmente está causando el problema aparecerá
estacionaria bajo la luz estroboscópica del analizador.
Nota: Si
es defecto de la banda la frecuencia de vibración será un múltipla integral
–1,2,3 ó 4 – de las rpm de la banda. El múltiplo verificado dependerá de la
naturaleza del problema y de la cantidad de poleas, sea de accionamiento como
locas, presentes en el sistema.
Es fácil determinar las rpm de una banda de la
siguiente manera:
Rpm de la banda = (3.14
x diám. de la polea x rpm de la polea)/ longitud de la banda.
La vibración que resulta de problemas de engranaje
es de fácil identificación porque normalmente ocurre a una frecuencia igual
a la frecuencia de engrane de los engranajes – es decir, la cantidad de
dientes del engranaje multiplicada por las rpm del engranaje que falla.
Problemas comunes de los engranajes, que tienen
como resultado vibración a la frecuencia de engrane, comprenden el desgaste
excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallas de lubricación y
materias extrañas atrapadas entre los dientes.
No todos los problemas de engranajes generan frecuencias
de vibración iguales a las frecuencias de engrane. Si un engranaje tiene un
solo diente roto o deformado, por ejemplo, el resultado puede ser una
frecuencia de vibración de 1x las rpm. Mirando la forma de onda de esa
vibración en un osciloscopio
conectado con un analizador, la presencia de señales
de impulso permitirá distinguir entre este problema y las demás averías que
también generan frecuencias de vibración de 1x las rpm. Desde luego, si hay
más de un diente deformado, la frecuencia de vibración es multiplicada por
una cantidad correspondiente.
La amplitud y frecuencia de vibración debida a los
engranajes pueden también parecer erráticas a veces. Dicho tipo de vibración
errática ocurre normalmente cuando un conjunto de engranajes está funcionando
en condiciones de carga muy liviana. En tales condiciones la carga puede desplazarse
repetidamente de un engranaje a otro de modo irregular.
Nota: Los problemas de rodamientos son
predominantes en el punto de falla de los mismos, mientras que los problemas de
engranajes pueden ser detectados en dos o más puntos de la maquina.
Esté tipo de vibración es normalmente el resultado
de fuerzas magnéticas desiguales que actúan sobre el rotor o sobre el estator.
Dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a:
·
Rotor que no es redondo
·
Chumaceras del inducido que
son excéntricas
·
Falta de alineamiento entre el
rotor y el estator; entrehierro no uniforme
·
Perforación elíptica del
estator
·
Devanados abiertos o en corto
circuito
·
Hierro del rotor en corto
circuito
En líneas generales, la frecuencia de vibración resultante
de los problemas de índole eléctrica será 1x las rpm, y por tanto se parecerá a
desbalance. Una manera sencilla de hacer la prueba para verificar la presencia
eventual de vibración eléctrica es observar el cambio de la amplitud de la
vibración total (filtro fuera) en el instante en el cual se desconecta la
corriente de esa unidad. Si la vibración desaparece en el mismo instante en
que se desconecta la corriente, el problema con toda posibilidad será
eléctrico. Si solo decrece gradualmente, el problema será de naturaleza mecánica.
Las vibraciones ocasionadas por los problemas
eléctricos responden generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor.
A medida que se modifica la carga, la amplitud y/o las lecturas de fase pueden
indicar cambios significativos. Esto explica por qué los motores
eléctricos que han sido probados y balanceados en condiciones
sin carga muestran cambios drásticos de los niveles de vibración cuando vuelven
a ser puestos en servicio.
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FUENTE:
http://www.monografias.com/trabajos/vibramec/vibramec.shtml#ixzz41wbBzHEy
