analisis de vibraciones en mantenimiento

7/27/2019 Analisis de Vibraciones en Mantenimiento

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ANLISIS DEVIBRACIONES EN EL

MANTENIMIENTO


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CONTENIDO

1. Introduccin

2. El mantenimiento

3. Vibraciones mecnicas 4. Fundamentos del Anlisis de Vibraciones

5. Conclusiones


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1. Introduccin


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Tres conceptos claves

Mantenimiento, vibraciones, economa sontres palabras ntimamente relacionadas y de totalvigencia actual.

Durante mucho tiempo se desconoci laimportancia y la necesidad de aprovechar lasvibraciones generadas por la maquinariaindustrial para evaluar su estado mecnico.

Sin embargo, en los ltimos aos se ha tomadoconciencia de la importancia de esta relacin.


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Mantenimiento y economa

Aunque se sabe que el mantenimiento afectadirectamente a la economa, este efecto puede ser deforma rentable u ocasionar prdidas considerables, ya

que la intervencin de una mquina cuyo estado tcnicono justifique dicha accin puede ocasionar prdidasirreversibles.


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Fallo catastrfico

Igualmente, la presencia incontrolable devibraciones en una mquina hace inminente sufallo catastrfico debido al efecto en cadena que

produce la proliferacin de las fuerzasdinmicas, todo lo cual lleva a tener prdidaseconmicas incuestionables.


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Mquinas crticas

Sin embargo, la relacin mantenimiento-vibraciones aporta grandes beneficios, siempreque el Diagnstico y las Tcnicas Predictivas se

apliquen a aquellas mquinas que por suimportancia dentro del flujo tecnolgico as lorequieran (mquinas crticas).


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Objetivo de la Capacitacin

Esta actividad tiene el objetivo de proporcionarun acercamiento general a lo que es elMantenimiento Predictivo en la industria, y en

particular a una de sus tcnicas ms importantescomo es elAnlisis de Vibraciones.


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2. El mantenimiento


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Labores de mantenimiento.


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El mantenimiento es vital para las empresas.


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Mantenimiento Correctivo

Tradicionalmente, en la industria la actividad delmantenimiento se ha llevado a cabo en base ados estrategias fundamentales. Por un lado, la

maquinaria es operada en forma continua, segnlo requiera el rgimen de trabajo de la industriaen cuestin, efectundose la intervencin de

mantenimiento, slo cuando se presenta unaavera en la mquina. A esta estrategia se leconoce como Mantenimiento Correctivo.


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Mantenimiento Preventivo

Por otro lado, en otros tipos de mquinas elmantenimiento se aplica cada ciertos intervalosde tiempo que se pueden definir de acuerdo a

recomendaciones del fabricante, frecuencia defallos, mtodos basados en la confiabilidad, etc.,lo que evidencia una estrategia de

Mantenimiento Preventivo Planificado.


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Mantenimiento Predictivo

Consistente en la deteccin y diagnstico de averasantes de que se produzcan. De tal forma puedenprogramarse los paros para reparaciones en los

momentos oportunos. La filosofa de este tipo demantenimiento se basa en que normalmente las averasno aparecen de repente, sino que tienen una evolucin.

As pues el Mantenimiento Predictivo se basa en

detectar estos defectos con antelacin para corregirlos yevitar paros no programados, averas importantes yaccidentes.


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Beneficios del MantenimientoPredictivo

Entre los beneficios de su aplicacin tenemos: a) Reduccin de paros; b) Ahorro en los costos de mantenimiento;

c) Alargamiento de vida de los equipos; d) Reduccin de daos provocados por averas; e) Reduccin en el nmero de accidentes; f) Ms eficiencia y calidad en el funcionamiento de la

planta; g) Mejoras de relaciones con los clientes, al disminuir oeliminar los retrasos.


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Parmetros a medir

Las Tecnologas Predictivas se basan en lainterpretacin de los resultados de lasmediciones de diversos parmetros que

caracterizan el comportamiento de la maquinariaindustrial, lo cual permitir realizar undiagnstico eficaz del estado de la mquina y de

sus componentes. Entre estos parmetros seencuentran las vibraciones y la temperatura.


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Tecnologas Predictivas

Entre las tecnologas utilizadas para elmonitoreo predictivo tenemos:

a) Anlisis de vibraciones;

b) Termografa;

c) Anlisis de muestras de lubricantes; y,

d) Anlisis de las respuestas acsticas(ultrasonido).


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Medicin de vibraciones


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Ejemplo de un espectro


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Forma de onda


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Termografa


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Imgenes termogrficas


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Gran diversidad de maquinaria, como una turbina


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PMP

Se conoce por Programa de MantenimientoPredictivo o PMP, a aquel que est formado portres etapas imprescindibles:

a) deteccin,

b) identificacin y

c) correccin.


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Deteccin

Es el primer paso del PMP y se realiza haciendoun seguimiento de la evolucin de uno o variosparmetros elegidos dependiendo de su

sensibilidad para detectar los cambios en lacondicin de la mquina.


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Identificacin

Cuando se tiene detectado el problema en lamquina, se procede a identificar la causa delmismo, es decir, se trata de identificar qu

elemento o elementos estn originando que losniveles de vibracin aumenten respecto a losniveles que indican una condicin normal.


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Correccin

Cuando se conoce la causa del problema y sulocalizacin precisa, se procede a realizaractividades planificadas con el fin de eliminar

eficaz y eficientemente el problema y sus causas.El hecho de que se puedan identificaradecuadamente los problemas incluso en unaetapa inicial, es muy importante ya que as se

pueden planificar oportunamente las labores demantenimiento, y de esta forma disminuir almximo los costos por este concepto.


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Para qu tener un PMP?

En general, el PMP ayuda inicialmente a conocerel comienzo de una avera potencial a la vez quepermite conocer las causas del problema que se

est desarrollando, para finalmente determinar elmomento preciso en que hay que intervenir lamquina para corregir el problema detectado.


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Implantacin de un PMP

Para que el mantenimiento predictivo seaexitoso debe planearse cuidadosamente, procesoque debe pasar por diversas fases, como se

muestra en la figura siguiente.


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Fases de un PMP


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3. Vibraciones mecnicas


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Qu es una vibracin?

En su forma ms sencilla, una vibracin se puedeconsiderar como la oscilacin o el movimientorepetitivo de un objeto alrededor de una posicin de

equilibrio. La posicin de equilibrio es a la que llegar cuando la

fuerza que acta sobre l sea cero. Este tipo devibracin se llama vibracin de cuerpo entero, lo que

quiere decir que todas las partes del cuerpo se muevenjuntas en la misma direccin en cualquier momento.


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Vibracin

La vibracin tambin se puede definir en formasencilla como:

Un cambio temporal y peridico de una masa. Es un

movimiento del equipo.


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Vibraciones en la vida diaria


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Otros aspectos de las vibraciones


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Aprovechamiento de las vibraciones

Criba vibratoria y aplanadora o apisonadora


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Efectos negativos de las vibraciones


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Niveles de vibracin


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Movimiento vibratorio de un cuerpo

El movimiento vibratorio de un cuerpo enterose puede describir completamente como unacombinacin de movimientos individuales de 6

tipos diferentes. Esos son traslaciones en las tresdirecciones ortogonales x, y, y z, y rotacionesalrededor de los ejes x, y, y z. Cualquier

movimiento complejo que el cuerpo puedapresentar se puede descomponer en unacombinacin de esos seis movimientos.


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Traslaciones y rotaciones


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Grados de libertad

De un cuerpo cualquiera se dice que posee seis gradosde libertad en el espacio. Por ejemplo, un barco sepuede mover desde adelante hacia atrs (ondular)desde abajo hacia arriba y de babor hacia estribor.

Tambin puede girar en el sentido de la longitud(rodar), girar alrededor del eje vertical (colear), y giraralrededor del eje babor-estribor.


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Ejemplos de grados de libertad

Supngase que a un objeto se le impide elmovimiento en cualquier direccin excepto una.Por ejemplo un pndulo de un reloj solamente

se puede mover en un plano. Por eso, se diceque es un sistema con un grado nico delibertad. Otro ejemplo de un sistema con un

grado nico de libertad es un elevador que semueve hacia arriba y hacia abajo en el cubo delelevador.


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Sistemas con un grado de libertad


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Causa de la vibracin

La vibracin de un objeto es causada por unafuerza de excitacin. Esta fuerza se puedeaplicar externamente al objeto o puede tener su

origen adentro del objeto. La proporcin(frecuencia) y la magnitud de la vibracin de unobjeto dado, estn completamente determinados

por la fuerza de excitacin, su direccin yfrecuencia.


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Fuerzas de excitacin

Esa es la razn porque un anlisis de vibracinpuede determinar las fuerzas de excitacinactuando en una mquina. Esas fuerzas

dependen del estado de la mquina, y elconocimiento de sus caractersticas einteracciones permite diagnosticar un problema

de la mquina.


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Movimiento armnico simple

El movimiento ms sencillo que pueda existir esel movimiento en una direccin, de una masacontrolada por un resorte nico. Este sistema

mecnico se llama sistema resorte-masa, conun grado nico de libertad. Si se desplaza lamasa, hasta una cierta distancia del punto de

equilibrio, y despus se suelta, el resorte laregresar al equilibrio.


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Sistema resortemasa oscilando.


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Representacin grfica

La siguiente figura muestra la grfica que se obtendraal registrar el desplazamiento de la masa contra eltiempo.


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Efecto de la friccin

Si no hubiera friccin en el sistema, la oscilacincontinuara en la misma proporcin y en lamisma amplitud para siempre. Este movimiento

armnico simple idealizado, casi nunca seencuentra en sistemas mecnicos reales.Cualquier sistema real tiene friccin y eso hace

que la amplitud de la vibracin disminuyagradualmente ya que la energa se convierte encalor.


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Periodo

El periodo es el tiempo necesario paracompletar un ciclo, o para un viaje ida y vuelta, ode un cruce del nivel cero hasta el siguiente

cruce del nivel cero en la misma direccin. Elperiodo se mide en segundos o milisegundosdependiendo de que tan rpido se cambie la

onda.T = elperiodo de la onda


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Frecuencia

La frecuencia es el nmero de ciclos que ocurrenen un segundo, y sencillamente es el recprocodel perodo:

F = la frecuencia de la onda = 1/T

La unidad de frecuencia es el Hz, llamada por elcientfico alemn, Heinrich Hertz, que fue elprimero en investigar las ondas de radio.


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Frecuencia

La frecuencia tambin se puede expresar enotras unidades en forma comn. Por lo general,se expresa en hertz, cuyo smbolo es Hz o

radianes por segundo, (RPS) o tambinrevoluciones por minuto (RPM) o ciclos porminuto (CPM). Estos conceptos pueden verse

ms claramente en la siguiente figura.


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Nomenclatura involucrada en el movimiento vibratorio.

M di i d l li d d


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Medicin de la amplitud devibracin

Las definiciones siguientes son de aplicacin a lamedicin de la amplitud de las vibracionesmecnicas.

Amplitud: es el mximo valor que presenta unaonda sinusoidal. La amplitud se midegeneralmente en valores pico-pico para

desplazamiento y valores cero-pico y RMS paravelocidad y aceleracin.


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Valores cero-pico, pico-pico y rms.


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Amplitud

Amplitud Pico (Pk) es la distancia mxima dela onda del punto cero o del punto de equilibrio.

Amplitud Pico - Pico (Pk-Pk) es la distancia

de una cresta negativa hasta una cresta positiva.En el caso de una onda senoidal, el valor pico-pico es exactamente dos veces el valor pico, yaque la forma de la onda es simtrica. Pero eso

no es necesariamente el caso con todas lasformas de ondas de vibracin.


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El concepto de Fase

Fase es una medida de la diferencia de tiempoentre dos ondas senoidales. Aunque la fase esuna diferencia verdadera de tiempo, siempre se

mide en trminos de ngulo, en grados oradianes. Eso es una normalizacin del tiempoque requiere un ciclo de la onda sin considerar

su verdaderoperiodo de tiempo.


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Diferencia de fase

La diferencia en fase entre dos formas de ondase llama a veces el desplazamiento de fase. Undesplazamiento de fase de 360 grados es un

retraso de un ciclo o de un periodo de la onda,lo que realmente no es ningn desplazamiento.Un desplazamiento de 90 grados es un

desplazamiento de 1/4 del periodo de la ondaetc.


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Atraso y avance de fase

El desplazamiento de fase puede serconsiderado positivo o negativo; eso quiere decirque una forma de onda puede ser retrasada

relativa a otra o una forma de onda puede seravanzada relativa a otra. Esos fenmenos sellaman atraso de fase y avance de fase

respectivamente.


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Defasamiento de 90 entre dos seales senoidales.


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Otro ejemplo de fase

La fase tambin se puede medir con referencia aun tiempo particular. Un ejemplo de esto es lafase de un componente desbalanceado en un

rotor, con referencia a un punto fijo en el rotor,como una conexin.


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Vibracin compuesta

Una seal compuesta es una sumatoria de variasseales sinusoidales que comprenden cada unode los componentes que se encuentran en la

mquina, mas todos los golpeteos y vibracionesaleatorias. El resultado es una seal como lailustrada en la siguiente figura.


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Una vibracin compuesta se puede considerar como la suma de

varias simples.


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Vibracin aleatoria y golpeteos

Adems de las vibraciones simples, tambinexisten otros tipos de vibraciones como son lavibracin aleatoria y los golpeteos.

Lavibracin aleatoria no cumple con patronesespeciales que se repiten constantemente o esdemasiado difcil detectar donde comienza el

ciclo y donde termina.


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Vibraciones aleatorias

Estas vibraciones estn asociadas generalmentea turbulencia en blowers o bombas, a defectosde lubricacin o a cavitacin en bombas.

Vibracin aleatoria.


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Golpeteos

Los golpeteos estn asociados a golpescontinuos y aunque crean una seal repetitiva,sta tiende a morir debido a la amortiguacin del

medio.

Grfica de un golpeteo.


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Sistema de vibracin masa-muelle


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Efecto de la masa en la frecuencia


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Tipos de vibraciones

Libre

ForzadaCombinacin de respuestas


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Transformada de Fourier

Hasta ahora slo se han visto vibraciones en eldominio del tiempo, que son seales directas dela mquina. Como ya se dijo antes, en estas

seales se encuentra plasmada toda lainformacin acerca del comportamiento de cadacomponente de la mquina.


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Pero hay un problema a la hora de realizar undiagnstico: estas seales estn cargadas demucha informacin en forma muy compleja, la

cual comprende las seales caractersticas decada parte, por lo cual prcticamente quedaimposible distinguir a simple vista los diferentes

componentes.


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Existen otras formas para realizar un estudio devibraciones, entre las cuales se encuentra miraresta seal en el dominio de la frecuencia. Esta es

la grfica de Amplitud vs Frecuencia y esconocida con el nombre de espectro. Esta es lamejor herramienta que se tiene actualmente para

el anlisis de maquinaria.


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Jean Baptiste Fourier

Fue precisamente elmatemtico francs JeanBaptiste Fourier (1768 -1830) quien encontr laforma de representar unaseal compleja en eldominio del tiempo por

medio de series de curvassinusoidales con valoresde amplitud y frecuenciaespecficos.


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Entonces lo que hace un analizador de espectrosque trabaja con la transformada rpida deFourier es capturar una seal desde una

mquina, luego calcula todas las series de sealessinusoidales que contiene la seal compleja y porltimo las muestra en forma individual en el eje

x de la frecuencia.


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Seales en el dominio del tiempo y en el dominio de lafrecuencia.


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En la ilustracin de tres dimensiones mostradapuede notarse claramente la seal compleja (encolor verde), capturada desde una mquina. A

dicha seal se le calculan todas las series deseales sinusoidales en el dominio del tiempo(vistas en azul) y por ltimo se muestra cada una

en el dominio de la frecuencia (vistas en rojo).

Seal en el dominio del tiempo y de


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Seal en el dominio del tiempo y dela frecuencia

La siguiente figura muestra una seal en el dominio del tiempo ysu correspondiente en el dominio de la frecuencia.


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4. Fundamentos del

Anlisis de Vibraciones


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En qu se basa?

La vibracin mecnica se transmite a travs debases y estructuras causando fatiga en elementosestticos y a veces vibraciones moduladas en el

entorno. La severidad de vibracin tiene que vercon las frecuencias resonantes del sistema quepueden llevar a condiciones crticas e inestables.


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P l


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Por lo tanto.

En un sistema de Mantenimiento Predictivomediante la tcnica de Anlisis de Vibraciones seestudia la evolucin del comportamiento

vibratorio de las mquinas, de manera queidentificando las causas se encuentra elmomento oportuno para tomar una accincorrectiva, por ejemplo un cambio de

rodamiento sin necesidad de realizar paros poraveras, lo que permite optimizar tiempos yproduccin.

Q i i ?


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Qu genera una mquina rotatoria?

La maquinaria rotativa produce vibracionesmecnicas cuya intensidad puede exceder loslmites admisibles poniendo en peligro lafuncionalidad del equipo y la seguridad delentorno.

C d d did


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Cadena de medida

El d l l


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El avance de la tecnologa

Los componentes y etapas mencionadas lo sonen forma general. El avance de la tecnologapermite integrar varios componentes en un solo

equipo, por lo cual el sistema se reduce a lossiguientes: elemento de fijacin, transductor,colector-analizador de vibraciones y

computadora.

A li d d ib i


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Analizador de vibraciones

Analizador de vibraciones: captura la seal dela vibracin y adems obtiene la Transformadarpida de Fourier, con lo cual la vibracin se

descompone acuerdo a su frecuencia. Todo enun solo equipo.

Analizando el nivel de vibracin en cada una de

las frecuencias obtenidas sepuede determinar la causa de la anomala.

A li d d ib i


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Analizador de vibracin

El l d ib i


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El colector de vibraciones

En cuanto a este equipo los avances han sidobastantes buenos, y se tienen equipos cada vezms pequeos, poderosos y verstiles, en

comparacin con tiempos anteriores donde eranmuy grandes. En una unidad pequea la base dedatos que se cre en la PC por medio de unsoftware especial se graba en el colector, el cual

va siguiendo la ruta determinada y permitecolectar los datos y obtener la seal enfrecuencia y regresarlos a la PC para su anlisis.

El l d ib i


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El colector de vibraciones

Colectoranalizador DLI Watchman DCA-31

El d


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El transductor

El componente usado puede ser uno que mida ya seadesplazamiento, velocidad o aceleracin.

L t d


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La computadora

En la computadora se tiene cargado el software para labase de datos y para el anlisis de la informacin. Enella se dan de altas la mquinas de inters y se establecela ruta de medicin, con los puntos de medicin encada mquina, la cual se cargar al colector, para seguirla ruta en forma independiente. Una vez colectados losdatos, se regresan a la PC para procesarlos y obtener

resultados.

B t b


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Basura metes, basura sacas


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P r tr dir


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Parmetros a medir

Existen tres parmetros que se pueden medir en lasvibraciones y que se presentan en forma simultnea enuna vibracin. Cada uno de ellos se mide con undispositivo diferente y la informacin que proporcionantambin es diferente. Su uso depende por lo comn delrango de frecuencias que se quiera medir:

Desplazamiento

Velocidad Aceleracin.

D pl z mi nt


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Desplazamiento

En vibracin de maquinaria, eldesplazamiento es la distancia a laque la vibracin provoca a una partede moverse. Es oscilatorio y se mide

en milsimos de pulgada (mils) en elsistema ingls, y en milmetros (mm)en el sistema SI. Por convencin

popular, las mediciones dedesplazamiento se hacen de pico apico.

Velocidad


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Velocidad

Se utiliza para medias frecuencias. Se mide en mm/s plg/s. Indica problemas como resonancias,desequilibrios, desalineaciones, holguras,

etc.

Aceleracin


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Aceleracin

Se utiliza para altas frecuencias.

Se mide en Gs (1 G: aceleracin de

la gravedad)

Indica problemas en rodamientos yengranes.


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Comparacin de parmetros


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Comparacin de parmetros

Estas tres curvas mostradas, proporcionan la mismainformacin, pero el acento se ha cambiado. Noten quela curva de desplazamiento es ms difcil de leer en lasfrecuencias ms altas. La curva de velocidad es la ms

uniforme en nivel sobre frecuencia. Eso es tpico parala mayora de la maquinaria rotativa pero en algunoscasos, las curvas de desplazamiento y aceleracin sernlas ms uniformes. Es una buena idea seleccionar las

unidades de tal manera que se obtenga la curva msplana. Eso proporciona la mayor cantidad deinformacin visual al observador. El parmetro de

vibracin que se usa ms comnmente en trabajos de

diagnstico de maquinaria es la velocidad.

Resultados y diagnstico


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Desbalanceo

Desalineacin

Resonancias

Pulsaciones Fallas en engranajes

Bandas

Chumaceras Flujo de lquidos y de gases

Fallas en rodamientos

Combinacin de problemas


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Combinacin de problemas

Generalmente una mquina tiene unacombinacin de algunos de estosproblemas, de acuerdo a la

configuracin de la misma.

Ejemplo de espectros de casos


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estudiados

Desbalanceo en un plano: Generalmenteproducido por desgaste radial superficial nouniforme en rotores en los cuales su largo es

despreciable en comparacin con el dimetro.



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Los resultados dependen mucho del software que setenga. Pero lo que se intenta es obtener un diagnsticoa travs del anlisis de los espectros de la vibracin. Sepueden diagnosticar problemas de:

Desalineacin

Holgura mecnica

Problemas de lubricacin

Rotor rozante

Desbalanceo en un plano


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Esquema del desbalanceo en un plano y su espectro tpico.



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El espectro presenta vibracin dominante conuna frecuencia igual a 1 X RPS del rotor.Se recomienda para corregir la falla balancear el

rotor en un slo plano (en el centro de gravedaddel rotor) con la masa adecuada y en la posicinangular calculada con un equipo de balanceo.

Debe consultar a un experto en balanceo demquinas.

1a Conclusin


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1 Conclusin

El Anlisis de Vibraciones, permite prevenir eldao catastrfico en maquinaria rotatoria, alidentificar el problema presente, pero tambin el

origen, con lo cual se puede dar mantenimientoa la maquinaria en forma planeada, optimizandoal mximo el tiempo de operacin de los

componentes y las labores de mantenimiento.

2a Conclusin


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2 Conclusin

Debe estar claro que el trabajo con lasvibraciones ya sea desde el punto de vista delaprovechamiento de la informacin de la cual

son portadoras o desde el punto de vista delcontrol y aislamiento de stas, requiereinversiones iniciales altas. El equipamiento

involucrado no es barato, y por lo tanto,constituye una exigencia de primer orden laadquisicin del equipo adecuado.

3a Conclusin


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3 Conclusin

Dicho equipo deber satisfacer las expectativasdel especialista competente en la problemticadel diagnstico vibro-acstico de mquinas y

estructuras. Por eso es necesario aprovechar almximo la capacidad del instrumento, paraamortizar en el ms breve plazo la inversin

realizada y esto slo puede lograrse en base auna preparacin profunda y conciente en lo queal tema se refiere.

4a Conclusin


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4 Conclusin

Con el Anlisis de vibraciones se logra: Detectar y eliminar anticipadamente las averas

de los equipos.

Eliminar paros no planificados. Reducir costos de reparacin.

Anticipar y planificar los inventarios.

Incrementar la disponibilidad de la planta.


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Muchas gracias!

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