VIBRACIONES:
Cuando un cuerpo elástico es movido de su posición de equilibrio, desarrollará una fuerza equilibradora o restauradora que tenderá a hacerlo volver a su estado original.
Debido a su inercia, el cuerpo en su movimiento de retorno, no se detendrá en su posición de equilibrio, si no que pasará de aquel, dando lugar a un desplazamiento en la dirección opuesta.
La fuerza equilibradora desarrollada así en dirección opuesta invertirá la acción y el proceso continuará sucesivamente hasta que estos movimientos consecutivos llamados vibraciones u oscilaciones se supriman por fricción de otras fuerzas oponentes.
El número de vibraciones por segundo o el régimen a que aquellas se mueven, se llama frecuencia de la vibración.
Cuando a un cuerpo elásico se lo deja vibrar libremente, lo hará a un régimen llamado frecuencia natural de vibración, la cual depende de la forma del cuerpo y de su material.
Cuando las fuerzas desiquilibradoras actúan repetidamente en un cuerpo elástico, dan lugar a las vibraciones forzadas.
Cuando las vibraciones forzadas suceden al mismo régimen que la frecuencia natural de vibración del cuerpo o algún múltiplo de ella, se llama armónica, por lo cual las vibraciones libres serán ampliadas por las vibraciones forzadas.
En esta condición que se llama resonancia, la amplitud de las vibraciones resultantes serán aumentadas enormemente y dará lugar a excesivos esfuerzos del material del cuerpo.
Estas resonancias pueden ser mayor orden o de bajo orden. El régimen en que ocurre esta resonancia de bajo orden se lo denomina Velocidad Crítica de un motor.
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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 - MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
Velocidades críticas.
Los motores no deben ser operados a sus velocidades críticas o en sus proximidades, pues las vibraciones resultantes producirán graves daños. Las zonas de velocidades críticas deben ser pasadas lo más rápidamente posible.
Los indicadores de velocidad deben marcarse, adecuadamente, con indicación clara de la zona de velocidades críticas.
__________________________________________________________________________________Las vibraciones que ocurren en lo motores son debido a las fuerzas desequilibradoras, de la cuales varias están desbalanceadas y son muy difícil de balancear debido a qu las fuerzas dentro de un motor cambian constantemente de dirección y de magnitud. Es un problema difícil de solucionar debido al movimiento alternativo de varias partes del motor.
Las vibraciones en un motor se deben a:
1. Fuerzas alternativas no balanceadas
2. Fuerzas rotativas no balanceadas
3. Fuerzas de inercia
4. Variaciones de presión en la combustión
5. Par motor o torque
Las vibraciones del motor pueden clasificarse por el tipo de desplazamiento que originan:
Sacudimiento: movimiento del motor hacia arriba y hacia abajo, o hacia los lados respectivamente, ocasionado por fuerzas verticales u horizontales.
Balanceo u oscilación: es el movimiento de balanceo del motor en una línea que pasa por su centro de gravedad, causado por fuerzas variables horizontales actuando por encima del centro de gravedad del motor.
Cabeceo: motivado por pares variables verticales que tienden a hacer que suban y bajen los extremos del motor.
Guiñada: causado por pares de fuerzas variables horizontales que tienden a girar el motor en sentido transversal hacia la izquierda y hacia la derecha.
Torsional: motivado por reacciones del par motor o torque variable que tiende a torcer el cigüeñal según gira.
Existen otras vibraciones internas en la estructura del motor motivado por la variaciones den la presiones de la combustión y a las fuerzas de inercia .
A fin de evitar las resonancia en estas vibraciones, el armazón del motor se hace mas lo rígido posible, para aumentar su frecuencia natural de vibración.
FUERZAS DESBALANCEADAS EN EL MOTOR
Las fuerzas de inerca se hacen mayores a medida que aumenta la velocidad del motor
Las fuerzas alternativas se consideran como si actuaran solamente a lo largo de la línea paralela al eje geométrico del cilindro.
Para determinar el desbalanceo en un motor alternativo, las piezas en movimiento pueden dividirse en:
a) Alternativos
b) Rotativos
Piezas de movimientos alternativos son: pie de biela y su parte adyacente, piston, aros y pernos de pistíon.
Piezas de movimientos rotativos son: la cabeza y parte del cuerpo de la biela y el brazo de la manivela.
El peso rotativo consiste en un peso, supuesto, que este concentrado en el radio de la manivela, el cual producirá una fuerza centrífuga proporcional a los pesos de los brazos y perno de la manivela más el peso de la cabeza de biela con el extremo inferior de la biela.
La magnitud de la fuerza de inercia de las partes alternativas varia a lo largo de cada embolada. Están formadas por la suma de dos fuerzas separadas, una fuerza primaria a y una fuerza secundaria.
La fuerza primaria depende de las partes alternativas.
Las fuerzas secundarias se originan por la oblicuidad de la biela.
La fuerzas centrifuga de las partes rotativas siempre actúa radialmente hacia afuera a lo largo de la línea del brazo de la manivela y así gira alrededor del eje a la velocidad del cigüeñal.
BALANCEO DEL EJE CIGÜEÑAL
Se dice que un cigüeñal esta balanceado estáticamente, cuando soportado por sus extremos en dos bordes horizontales filosos, estará en posición estable cualquiera sea la posición de sus manivelas y no tendrá tendencia a girar. esto ocurre porque su centro de gravedad coincide con su línea geométrica de centros.
Las fuerzas centrifugas de las partes rotativas de cada brazo de manivela de u cigüeñal balanceado estáticamente, si se acepta que actúen en un mismo plano, se balancearán unos a otros. Sin embargo, las fuerzas centrifugas de las partes rotativas de un cigüeñal no actúan en el mismo plano, sino en planos diferentes, según la posición del brazo de manivela que actúa.
Estas fuerzas formarán pares que tenderán a producir cabeceos y guiñadas según gire el cigüeñal mientras n estén balanceadas.
Cuando estos pares estén completamente balanceados, se dice que el cigüeñal esta balanceado dinámicamente.
En un motor , lo primero que debe balancearse dinámicamente es su eje cigüeñal.
En virtud de la posición de las manivelas algunos cigüeñales están siempre balanceados dinámicamente. Otros deben ser balanceados dinámicamente por medio de pesos, llamados contrapesos o pesos de compensación, colocados opuestamente a sus manivelas.
COMPENSADORES Y AMORTIGUADORES DE VIBRACION
La fuerza alternativa primaria tiene el mismo origen que la componente vertical de la fuerza centrífuga.
Asi que si a un contrapeso se le da un peso igual al del brazo de la manivela y un exceso igual a aquel de las fuerzas alternativas y se coloca en un radio igual y opuesto a la manivela, las fuerzas alternativas primarias serán balanceadas.
Los componentes horizontales de esta fuerza centrífuga agregada, no estarán balanceadas.
En resumen, el resultado es balancear la mitad de las fuerzas alternativas, pero produciendo un desbalanceo equivalente de las componentes horizontales de las fuerzas rotativas.
En los motores de dos o más cilindros, todas las fuerzas primarias son generalmente balanceadas con el empleo de manivelas espaciadas geométricamente o mediante contrapesos.
COMPENSADORES DE PAR PRIMARIO
En los motores que tienen cuplas primarias desbalanceadas, especialmente en los motores de 2,3,4,y 6 cilindros, se deberá agregar una cupla igual y opuesta que tenga la misma frecuencia que el eje cigüeñal.
Unos métodos para obtener este tipo de balanceo consiste en empllear ejes compensadores que giran en sentidos opuestos y a la misma velocidad del eje cigüeñal y llevan contrapesos en sus extremos.
Las fuerzas originadas con los contrapesos de los ejes compensadores, cuando están en posición horizontal, están siempre balanceadas.
Cuando estos pesos están en posición vertical, las fuerzas centrifugas actuarán hacia arriba en un extremo y hacia abajo en el otro extremo del motor y darán un par definido
Los pesos de estos contrapesos en los ejes compensadores actúa como eje de camones y los contrapesos en un extremo se fabrican dentro de las ruedas dentadas o engranajes. Con este sistema se balancea el par primario, el cual tiende a causar vibraciones de cabeceo.
EJES COMPENSADORES DE PAR
Eje compensador daihatsu charade
Eje compensador daihatsu charade
Eje compensador daihatsu charade
Ejes compensadores JEEP 1.6 Multijet EURO 6 120 CV
Compensador MWM - F100 - F4000
AMORTIGUADORES DE VIBRACIÓN
Para compensar las vibraciones que no pueden balancearse, se instalan en el motor de amortiguadores que eviten averias.
Para absorver todos los tipos de vibraciones, el soporte deberá permitir un pequeño movimiento del motor en cualquier dirección y absorver las vibraciones sin transmitirlas al basamento.
TACOS ANTIVIBRATORIOS
VIBRACIONES TORSIONALES
Si a un eje de acero con un volante le fijamos el extremo
libre a una morsa y al volante se le da
un pequeño giro, el eje se torcerá.
Al soltar el volante, la reacción del eje hará que el
volante regrese a su posición en la dirección opuesta, pero por la inercia el volante continuará su
marcha, torciendo el eje en el sentido contrario, y esto se repetirá hasta que
la fricción interna del material frene la vibración angular.
Se llama vibración torsional al torcimiento y destorcimiento
de un eje. Cada eje tendrá su frecuencia natural de vibración torsional, que
depende de su forma, tamaño, elasticidad y pesos acoplados.
Se dice que un eje largo y delgado conjuntamente con el
volante tendrá una frecuencia natural de vibración natural baja.
Por el contrario un eje corto y grueso tendrá una frecuencia
de vibración torsional alta.
Las fuerzas ejercidas por la combustión en los brazos del cigüeñal,
tienden a retorcerlo a éste mientras está girando. Esto origina un aumento de
vibraciones periódicas que en marcha normal no se notan y no causan daños.
Si estos esfuerzos periódicos suceden de forma que coinciden
con la frecuencia natural de vibración torsional del cigüeñal, y con las de
las piezas acopladas al mismo, estos
impulsos refuerzan cada vibración natural, y las vibraciones resultantes pueden
exceder el valor de seguridad y el cigüeñal se romperá.
La velocidad de giro del cigüeñal a la cual suceden los
impulsos que tienden a torcerlo a la misma frecuencia que la frecuencia natural
de vibraciones torsionales, se denomina “velocidad critica del primer orden”.
Cuando al acelerar el motor se produzca u punto de vibración
del cigüeñal, motivado por una velocidad crítica de un orden más elevado,
aunque no es tan destructivo como la de primer orden, deberá sobrepasarse tan rápidamente
como sea posible para evitar cualquier avería.
Ningún motor debe funcionar a velocidad constante a la
velocidad crítica ni cerca de ella.
AMORTIGUADORES DE VIBRACION TORSIONAL
Los cigüeñales de los motores poli cilíndricos de alta
velocidad están equipados con amortiguadores de
vibración torsional, conocidos también como Dámper, para prevenir que
las vibraciones se eleven a amplitudes peligrosas cuando marchen a velocidades
críticas o próximas a ellas.
Corrientemente consisten en un volante pequeño con intercesión
de goma, montado en el extremo opuesto al volante de inercia. La energía vibratoria
se transformara en calor y se disipara a los alrededores.
Otro tipo de amortiguador de vibraciones torsionales, también
llamado amortiguador armónico, consiste en un volante auxiliar movido a través de resortes de hojas flexibles. La energía vibratoria
se elimina por la fricción entre las hojas de los resortes. Este tipo de
amortiguador funciona normalmente con aceite lubricante, el que realiza el
amortiguamiento de las vibraciones y
disipe el calor generado.
¿PORQUE MEDIR VIBRACIONES?
La finalidad del análisis de vibraciones es encontrar un aviso con suficiente tiempo para poder analizar causas y la forma de resolver el problema ocasionando el paro mínimo posible en la máquina.
La vibración es el movimiento de vaivén de una máquina o elemento de ella, en cualquier dirección del espacio desde su posición de equilibrio
La causa de la vibración reside en problemas mecánicos como son: desequilibrio de elementos rotativos; desalineación en acoplamientos; engranajes desgastados o dañados; rodamientos deteriorados; fuerzas aerodinámicas o hidráulicas, y problemas eléctricos
La correspondencia en Hz. identificará el problema y la pieza responsable de la vibración.
Los diferentes problemas son detectados por las frecuencias iguales a la velocidad de giro o bien múltiplos suyos. Cada tipo de problema muestra una frecuencia de vibración distinta.
La amplitud de la vibración indica la importancia, gravedad del problema, esta característica da una idea de la condición de la máquina.
El análisis de datos consta de dos etapas: adquisición e interpretación de los datos obtenidos al medir la vibración de la máquina.
El fin a alcanzar es determinar las condiciones mecánicas del equipo y detectar posibles fallos específicos, mecánicos o funcionales.
Evaluación Vibratoria
• Determinar las características de diseño y funcionamiento de la máquina
• Determinar la finalidad de la vibración
• Tomar datos antes y después de una reparación
• Seleccionar los parámetros de medición
• Determinar la posición y dirección de las medidas con los transductores
Conclusiones
• Sirve de Soporte en Ventas de Equipos Industriales
• Detecta e identifica los defectos sin necesidad de parar ni desmontar la máquina
• Permite seguir la evolución del defecto en el transcurso del tiempo hasta que este se convierta en un peligro
• Ayuda a programar con suficiente tiempo, el suministro de repuesto y la mano de obra para acometer la reparación en particular
• Programa las correcciones dentro de un tiempo muerto o parada rutinaria del proceso productivo;
• Evita la sustitución completa de máquinas y elementos de máquinas
• Previene Largos períodos de mantenimiento
• Reduce la adquisición elevada de máquinas de recambio y piezas de repuesto en almacenes
• Evita grandes daños en la producción en casos de fallas o averías inesperadas
• Reduce el tiempo de reparación, ya que se tienen perfectamente identificados los elementos desgastados, averiados o, en general, posibles a fallar
Vibrómetros tipo lápiz.
Analizador de vibraciones
Toma de vibraciones en una bomba centrífuga con un analizador de vibraciones.
VIBRACIONES Y NORMAS ISO
Norma ISO, para vibraciones
ISO 10816
Se compone de los siguiente:
ISO 10816-1
-Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on non-rotating parts - General Guidelines.
ISO 10816-2
-Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on non-rotating parts - Land-based steam turbines and generators in excess of 50MW with normalo operating speeds of 1500 rpm., 1800 rpm., 3000 rmp. y 3600 rmp.
ISO 10816-3
-Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on non-rotating parts - Industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal speeds between 120 rpm and 15 rpm when measured in situ.
ISO 10816-4
-Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on non-rotating parts - Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives.
ISO 10816-5
-Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on non-rotating parts - Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.
ISO 10816-6
Reciprocating machines with power rating abeve 100 kW.
Ademas de todos los anexos y correcciones que existen.
Estas son las nuevas normas, que sustituyen a la anterior ISO 2372
EJEMPLO:
Evaluation standard for vibration monitoring . The effective value of the vibration velocity is used for
assessing the machine condition. This value can be determined by almost all conventional vibration measurement devices.
DIN ISO 10816-3 separates the machines into different groups and takes the type of installation into account.
Green: Zone A Vibration values from machines just put into operation.
Yellow: Zone B Machines can run in continuous operation without any restrictions
Orange: Zone C Vibration values in yellow indicate that the machine condition is not suitable for continuous operation, only for a limited period of time. Corrective measures should be taken at the next opportunity.
Red: Zone D Dangerous vibration values – damage could occur to the machine.
Otro ejemplo de la aplicación del monitoreo de vibraciones en un motor, sería el cálculo del nivel de potencia sonora como una herramienta mas para elmantenimiento predictivo.
El estándar ISO 3744 específica varios métodos para determinar los niveles de potencia acústica en máquinas, equipos y sus componentes.
En la figura 2 se muestran los puntos recomendados por el estándar ISO 8528-9 para registrar las vibraciones en grupos electrógenos.
ENTRADAS RELACIONADAS:
- VIBRACIONES - ALGUNAS CAUSAS QUE LAS PRODUCEN.
- MTD UNIDAD 17: AMORTIGUADORES.OLEAJE DE LOS RESORTES DE VALVULAS.
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FUENTES:
NORMA ISO 10816
M.J.D.
MAQ 305-Motores Diésel. Capítulo 18
NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 22 - MOTORES DE COMBUSTION INTERNA
