CARTILLA Numero 001 MBC, VIBRACIN COMPUESTA

VIBRACIN COMPUESTA

ElaborRevisAprob

NombreJohn Edison ZapataGiovanny MontoyaHenry Matallana

CargoMecnico Mantenimiento Basado en Condicin.

Team Leader Mantenimiento MecnicoJefe de Mantenimiento Mecnico Conversin

Firma

CONTENIDO

Introduccin3Definicin y caractersticas del MAS4Vibracin simple7Amplitud8Bibliografa10

INTRODUCCIN

Existen muchos otros movimientos peridicos comunes que no son producidos por fuerzas constantes; son producidos por fuerzas variables. Por ejemplo, el movimiento de vaivn de un cuerpo unido a un muelle o pendiente de un hilo (figura 1). En estos movimientos oscilatorios o vibratorios 1 la posicin del mvil recorre siempre la misma trayectoria y pasa alternativamente por posiciones extremas alrededor de una posicin de equilibrio estable, por accin de una fuerza central variable, llamada fuerza restauradora o recuperadora porque siempre tiende a devolver al mvil a la citada posicin de equilibrio estable.

Objetivos

Realizar una introduccin al movimiento armnico simple partiendo desde los conceptos bsicos de este fenmeno fsico desde el cual inicia el anlisis de vibraciones en mquinas rotativas. Identificar el MAS como un movimiento peridico, oscilatorio y vibratorio. Visualizar un cuerpo que describe un MAS. Definir e identificar las principales magnitudes fsicas que intervienen en un MAS. Visualizar e interaccionar con las grficas que representan dichas magnitudes.

FRECUENCIAS NATURALES

Muchos problemas mecnicos se reconocen por un cambio en las amplitudes de las vibraciones mecnicas. Para entender y diagnosticar correctamente las caractersticas vibratorias de las maquinarias rotantes, es esencial para el analista entender la fsica de los movimientos dinmicos. Esto incluye la influencia de la rigidez y la amortiguacin sobre la frecuencia de vibracin de una masa oscilatoria tanto como la interrelacin entre la frecuencia, desplazamiento, velocidad y aceleracin de un cuerpo en movimiento. Para alcanzar un diagnstico exitoso y aceptable en tiempo y forma deben considerarse muchas facetas de un problema mecnico. Por ejemplo, para identificar y solucionar un problema de vibracin mecnica se debe considerar entre otras: Impacto econmico Tipo de maquinaria y construccin Historia de la maquinaria tendencias fallas Distribucin de frecuencias Distribucin y direccin del movimiento vibratorio Vibracin forzada o libre

El impacto econmico est directamente asociado con la criticidad de la mquina. Un problema en un compresor primario debera recibir atencin inmediata, mientras que un problema de sello en una bomba de reflujo auxiliar debera recibir una prioridad menor.Claramente, los tipos de maquinarias y la historia de fallas son piezas importantes de informacin. Adems, la frecuencia de la vibracin, la ubicacin y direccin del movimiento son indicadores del tipo de problema y la severidad del mismo. Tradicionalmente, las clasificaciones de vibraciones forzadas y libres son usadas para identificar el origen de la excitacin. Esto provee informacin considerable para la futura correccin potencial. Para propsitos de explicacin, la siguiente lista identifica algunos mecanismos de vibraciones forzadas y libres.Mecanismos de vibraciones forzadas: Desbalanceo de masa Desalineacin Eje curvo Giroscopio Contacto de engranajes Roces del rotor Excitaciones elctricas Excitaciones externas

Mecanismos de vibraciones libres: Cua de aceite Batido por aceite o vapor Friccin interna Resonancia del rotor Resonancia estructural Resonancia acstica Excitacin aerodinmica Excitacin hidrodinmica

Los problemas de las vibraciones forzadas son generalmente resueltos removiendo o reduciendo la excitacin. Estos problemas son tpicamente ms fciles de identificar y resolver que los problemas de vibraciones libres. Los mecanismos de vibraciones libres son fenmenos auto-excitados que son dependientes de la geometra, masa, rigidez y amortiguacin del sistema mecnico. Las correcciones de problemas de vibraciones libres pueden requerir modificaciones fsicas de la mquina. Como tales, este tipo de problemas suelen ser difciles de corregir. El xito en el tratamiento de problemas auto-excitados est directamente relacionado a la habilidad del analista para entender y aplicar los principios apropiados.

1.5 RESONANCIA

Cuando en un sistema coinciden una Frecuencia Natural (Fn) y una Frecuencia de Operacin (Fo), el sistema entra en Resonancia. Si se trata de la Frecuencia Natural del rotor, excitada por la Frecuencia de Rotacin, entonces hablamos de Velocidad Crtica, es decir, la Resonancia del Rotor

VIBRACIN COMPUESTA:Una seal compuesta es una sumatoria de varias seales sinusoidales que comprenden cada uno de los componentes que se encuentran en la mquina, mas todos los golpeteos y vibraciones aleatorias. El resultado es una seal como la ilustrada en la figura 1.

FIGURA 1VIBRACIN ALEATORIA Y GOLPETEOS INTERMITENTES:Adems de las vibraciones simples, tambin existen otros tipos de vibraciones como son la vibracin aleatoria y los golpeteos intermitentes. La vibracin aleatoria no cumple con patrones especiales que se repiten constantemente o es demasiado difcil detectar donde comienza un ciclo y donde termina. Estas vibraciones estn asociadas generalmente turbulencia en blowers y bombas, a problemas de lubricacin y contacto metal-metal en elementos rodantes o a cavitacin en bombas (Ver Fig. 2a). Este tipo de patrones es mejor interpretarlos en el espectro y no en la onda en el tiempo. Los golpeteos intermitentes estn asociados a golpes continuos que crean una seal repetitiva. Estas se encuentran mas comnmente en los engranajes, en el paso de las aspas de un impulsor o ventilador, etc. Este tipo de seales tiende a morir debido a la amortiguacin del medio.

En la figura 2b se muestra claramente este fenmeno: un golpe intermitente que se amortigua con el medio.

Figura 2

Figura 2bEn un sistema mecnico lineal, todos los componentes de vibracin existirn juntos, y ninguno interferir con cualquier otro. En el caso de un sistema no lineal, las vibraciones tendrn una interaccin y generarn nuevos componentes que no estn en la funcin forzada. Ver tambin la seccin acerca de sistemas lineales en el captulo de Monitoreo de Maquinaria.

Figura 3.En el diagrama, la vibracin de alta frecuencia y la vibracin de baja frecuencia se suman para resultar en una forma de onda compleja. En casos sencillos como esto, es relativamente fcil encontrar las frecuencias y las amplitudes de los dos componentes, examinando la forma de onda, pero la mayora de las seales de vibracin son mucho ms complejas que esto, y pueden ser extremadamente difciles para interpretar. En una mquina tpica rotativa, muchas veces es difcil el obtener ms informacin acerca del funcionamiento interno de la mquina, solamente estudiando la forma de la onda de vibracin.

Consideraciones acerca de la Energa y la Fuerza

Para producir vibracin, se requiere energa, y en el caso de vibracin de mquina, esa energa viene de la fuente de poder hacia la mquina. La fuente de energa puede ser la lnea de corriente CA, un motor a combustin interna, vapor accionando una turbina etc.

Energa se define como fuerza multiplicada por la distancia sobre la que la fuerza acta, y la unidad internacional de energa es el Julio. Un Julio de energa es el equivalente de un Newton de fuerza actuando sobre una distancia de un metro. El concepto fsico de trabajo es similar al de energa, y las unidades que se usan para medir el trabajo son las mismas que se usan para medir la energa.

La cantidad de energa presente en la vibracin de la mquina misma por lo general no es tan grande comparada a la energa requerida para activar la mquina para su tarea asignada.

Fuerza se define como la proporcin con que se hace el trabajo, o la proporcin de transferencia de energa. Segn las normas internacionales se mide en Julios por segundo o Vatios. Un caballo vapor es equivalente a 746 Vatios. La fuerza es proporcional al cuadrado de la amplitud de la vibracin. , igual como la fuerzaelctrica es proporcional al cuadrado del voltaje o al cuadrado de la corriente. Segn la ley de la conservacin de energa no se puede crear ni destruir energa, pero se puede cambiar en formas diferentes. La energa vibratoria en un sistema mecnico se disipar al final en forma de calor.

Estructuras MecnicasCuando analizamos la vibracin de una mquina, que es un sistema mecnico ms o menos complejo es til considerar las fuentes de la energa de vibracin y las rutas en la mquina que sigue esta energa. Energa siempre se mueve o fluye de la fuente de la vibracin hacia el punto de absorcin, donde se transforma en calor. En algunos casos eso puede ser una ruta muy corta, pero en otras situaciones es posible que la energa viaje largas distancias antes de ser absorbida.

La ms grande absorbadora de energa es la friccin, que puede ser friccin deslizadora o friccin viscosa. La friccin deslizadora tiene su orgen en el movimiento relativo de las partes de la mquina, y un ejemplo de friccin viscosa es la pelcula de aceite en un rodamiento con gorrn. Si una mquina tiene poca friccin, su nivel de vibracin tiende a ser muy alto, ya que la energa de vibracin se va incrementando debido a la falta de absorcin. Por otra parte, una mquina con una friccin mas importante tendr niveles de vibracin mas bajos, ya que su energa se absorbe ms rapidamente. Por ejemplo, una mquina con rodamientos a elementos rodantes (muchas veces se le llama rodamientos anti-friccin) vibra ms que una mquina con chumaceras, donde la pelicula de aceite absorba una cantidad importante de energa. La razn porque las estructuras de aviones son remachadas en lugar de soldadas en una unidad slida, es que las juntas remachadas se muevenligeramente y absorben la energa por medio de la friccin deslizadora. Eso impide que las vibraciones se incrementen hasta niveles destructivos. De una estructura de este tipo se dice que est altamente amortiguada y la amortiguacin es en realidad una medida de su capacidad de absorcin de energa.

Frecuencias Naturales

De cualquier estructura fsica se puede hacer un modelo en forma de un nmero de resortes , masas y amortiguadores. Los amortiguadores absorben la energa pero los resortes y las masas no lo hacen. Como lo vimos en la seccin anterior, un resorte y una masa interactuan uno con otro, de manera que forman un sistema que hace resonancia a su frecuencia natural caracterstica. Si se le aplica energa a un sistema resorte-masa, el sistema vibrar a su frecuencia natural, y el nivel de las vibraciones depender de la fuerza de la fuente de energa y de la absorcin inherente al sistema. . La frecuencia natural de un sistema resorte-masa no amortiguado se d en la siguiente ecuacin:

donde Fn = la frecuencia naturalk = la constante del resorte , o rigidezm = la masa

De eso se puede ver que si la rigidez aumenta, la frecuencia natural tambin aumentar, y si la masa aumenta, la frecuencia natural disminuye. Si el sistema tiene absorcin, lo que tienen todos los sistemas fsicos, su frecuencia natural es un poco ms baja y depende de la cantidad de absorcin.

Un gran nmero de sistemas resorte-masa-amortiguacin que forman un sistema mecnico se llaman "grados de libertad", y la energa de vibracin que se pone en la mquina, se distribuir entre los grados de libertad en cantidades que dependern de sus frecuencias naturales y de la amortiguacin, asi como de la frecuencia de lafuente de energa. Por esta razn, la vibracin no se va a distribuir de manera uniforme en la mquina.

Por ejemplo, en una mquina activada por un motor elctrico una fuente mayor de energa de vibracin es el desbalanceo residual del rotor del motor. Esto resultar en una vibracin medible en los rodamientos del motor. Pero si la mquina tiene un grado de libertad con una frecuencia natural cerca de las RPM del rotor, su nivel de vibraciones puede ser muy alto, aunque puede estar ubicado a una gran distancia del motor. Es importante tener este hecho en mente, cuando se hace la evaluacin de la vibracin de una mquina. --la ubicacin del nivel de vibracin mximo no puede estar cerca de la fuente de energa de vibracin. La energa de vibracin frecuentemente se mueve por largas distancias por tuberias, y puede ser destructiva, cuando encuentra una estructura remota con una frecuencia natural cerca de la de su fuente.

Resonancia

La resonancia es un estado de operacin en el que una frecuencia de excitacin se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la mquina. Una frecuencia natural es una frecuencia a la que una estructura vibrar si uno la desvia y despus la suelta. Una estructura tpica tendra muchas frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibracin que resultan pueden ser muy altos ypueden causar daos muy rapidamente. En una mquina que produce un espectro ancho de energa de vibracin, la resonancia se podr ver en el espectro, como un pico constante aunque varie la velocidad de la mquina. El pico puede ser agdo o puede ser ancho, dependiendo de la cantidad de amortiguacin que tenga la estructura en la frecuencia en cuestin.

Para determinar si una maquina tiene resonancias prominentes se puede llevar a cabo una o varias pruebas con el fin de encontrarlas:

La prueba del Impacto. Se pega a la mquina con una masa pesada, como una viga de madera, de cuatro por cuatro, o el pie -con bota- de un jugador de futbol, mientras que se graban los datos. Si hay una resonancia, la vibracin de la mquina ocurrir a la frecuencia natural, mientras que ella se est extinguiendo.El arranque y rodamiento libre. Se prende y se apaga la mquina, mientras que se graban datos de vibracin y de tacmetro. La forma de onda de tiempo indicar un mximo, cuando las RPM igualan las frecuencias naturales.La prueba de la velocidad variable: en una mquina cuya velocidad se puede variar en un rango ancho, se vara la velocidad, mientras que se estn grabando datos de vibracin y de tacmetro. La interpretacin de los datos se hace como en la prueba anterior.

La grfica abajo muestra una curva de respuesta idealizada de resonancia mecnica.

El comportamiento de un sistema resonante, cuando se le somete a una fuerza externa, es interesante y va un poco en contra la intuicin. Depende mucho de la frecuencia de la fuerza de excitacin. Si la frecuencia forzada es ms baja que la frecuencia natural, -en otras palabras a la izquierda del pico, entonces el sistema secomporta como un resorte y el desplazamiento est proporcional a la fuerza. El resorte de la combinacin resorte-masa hace el sistema resonante y est dominante al determinar la respuesta del sistema. En esta rea, controlada por el resorte, el sistema se comporta de acuerdo con nuestra intuicin, reacionando con unmovimiento ms amplio cuando se le aplica una fuerza ms grande, y el movimiento est en fase con la fuerza.

En el rea arriba de la frecuencia natural, la situacin es diferente. Aqui la masa es el elemento que controla. El sistema parece una masa a la que se le aplica una fuerza. Eso quiere decir que la aceleracin es proporcional a la fuerza aplicada y el desplazamiento es relativamente constante con la frecuencia que cambia. El desplazamiento est fuera de fase en esta rea con la fuerza. Cuando se empuja al sistema, este se mueve hacia el que est empujando y viceversa.

A la resonancia misma, el sistema se comporta totalmente diferente en presencia de una fuerza aplicada. Aqui, los elementos resorte y masa se cancelan el uno al otro, y la fuerza solamente ve la amortiguacin o la friccin en el sistema. Si el sistema est ligeramente amortiguado es como si se empuja al aire. Cuando se le empuja, se aleja de su propia voluntad. En consecuencia, no se puede aplicar mucha fuerza al sistema en la frecuencia de resonancia, y si uno sigue intentndolo, la amplitud de la vibracin se va a incrementar hasta valores muy altos. Es la amortiguacin que controla el movimiento de un sistema resonante a su frecuencia natural.

Bajo ninguna circunstancia se debe operar una mquina a la frecuencia de resonancia!

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