introduccion a la vibraciones

SKF Condition Monitoring 1

Análisis de Vibraciones

SKF Condition Monitoring, Inc.


Principios básicos sobre vibraciones mecánicas

.


Vibración

límite inferior

límite superior

Posición neutral

resorte Un ciclo

desplazamiento

tiempo

masa


Definiciones

Un cicloÁngulo de fase

Desplazamiento

amplitud pico

Señal de referencia

1 seg....

tiempo

Límite superior


Dominio del tiempo

Las señales individuales se combinan en una vibración compleja en el tiempo, denominada vibración global

frecuencia

Baja frec..

Alta

frec..

time vibración global

TIEMPO

TIEMPO

ONDA COMPLEJA EN EL TIEMPO

engranaje

rodamiento

desbalanceo


Valor global Es la energía

vibratoria total de un rango de frecuencia – Incluye la combinación de

todas las señales vibratorias dentro de un rango de frecuencia

– No incluye las señales vibratorias fuera del rango de frecuencia especificado

– Lo representa un valor numérico


Amplitud y Frecuencia

– La amplitud de la vibración indica la severidad del problema.

– La frecuencia de la vibración indica la fuente del problema.


Vibración-parámetros medibles

0 90 180 270 360DisplacementVelocityAcceleration

Tiempo

Desplazamiento es la amplitud del movimiento

Velocidad es la primer derivada del desplazamiento en función del tiempo.

Aceleración es la segunda derivada del desplazamiento.

aceleración velocidad desplazamiento


Amplitud– Cuando se comparan valores globales de

amplitudes, ambas señales se deben medir en el mismo rango de frecuencias y con el mismo factor de escala.

PICO

PICO A PICO


Unidades de medición

AMPLITUD

Desplazamiento

Velocidad

Aceleración

MICRONES

RMS

PEAK

PEAK TO PEAK


10 100 1,000 10,000

Frecuencia(Hz)

10

1.0

0.1

1

0.01

100

Desplazamiento (mils)Aceleración(g's)

velocidad (in/sec...)

Rango normalde operación

Amplitud(mils, in/sec...,

g’s)

Aplicación de sensores


Monitoreo de parámetros múltiples El mismo dato en Velocidad y Aceleración

Espectro en aceleración

Eventos en bajas frecuencias (desbalanceo, desalineación, etc....) se aprecian mejor en el espectro en velocidad. En tanto para las fallas de altas frecuencias genera das por rodamientos o engranajes, es mejor el espectro en aceleración.

Espectro en velocidad


Planos de Medición

radial– vertical– horizontal

axial


Niveles de vibraciones de baja y alta frecuencia

De baja frecuencia Caract.Principal: se pueden observar.Ej: Desbalanceo, soltura, desalineamiento

De Alta frecuenciaCaract.principal: No observable a simple vista.Ej: falla de rodamientos, Frec.engrane.


Análisis espectraly

análisis de fase

-


Análisis de espectros FFT

frecuencia

frecuencia

baja Frec.....

alta

freq.

time

frecuencia

ampl

itudEspectro FFT

muestra las componentes de lasvibraciones en sus respectivas frecuencias(dominio de frecuencias)

engranaje

rodamiento

desbalanceo

tiempo


Técnicas de análisis espectral Colectar información de

equipos Análisis

1800 r.p.m.

cajafrecuencia de engrane

2400 r.p.m.

Vent. 5 palas

motor


Técnicas de análisis espectral


2X3X

4X

frecuencia

amp

litu

d

Técnicas de análisis espectral

1X


Modelo Espectral (velocidad)

1X

2X 3X

4X

frecuencia

amp

litu

d

< 1X

bajas frecuencias: eventos rotacionales y sus armónicas. (Desbalanceo, desalineación,

flojedades, etc.)

eventos de altas frecuencias

(rodamientos, engranajes)

10X


Ejemplos de espectros1

2

3

baseline espectro (norm)

higher than normal1X vibración signal

1X

2X

3X

bearingfreq..

gearmeshfreq.

higher than normal1X and bearingvibración signals

Firma del equipo:Colectar mediciones cuando se sabe que la máquina está en buenas condiciones.

1 X velocidad de rotación es mayor que lo normal. Indica que la señal ocurre una vez por cada revolución. Típicamente causada por desalineación o desbalanceo.

Un pico mayor que lo normal, en 1X r.p.m., y frecuencia de falla de cojinete, indica que la frecuencia rotacional ya ha causado daño en éste.-

Mayor que lo normal en 1 x r.p.m. y frecuencia de cojinete

Mayor que lo normal en 1 x r.p.m.

Espectro de referencia, normal


Bandas laterales (sidebands)


Armónicas


Diagrama en cascada


Fase

Sensor de fase

Referencia angular

Punto pesado

Acelerómetro

0 º

90 º

270º

360 º180 º

tiempofuer

za


Interpretación de la fase

1

2

3

4

5

En el transcurso de 360° de revolución del eje, el sensor mide la fuerza máxima positiva cuando el punto pesado está a 90° de su posición inicial (esta posición inicial fue determinada por el tacómetro)

El ángulo de fase es = 90°.


Medición de fase(dirección del sensor)

En la misma dirección la medición de fase es real

En dirección opuesta, las fases medidas se oponen 180º a la real.º.

Figura 1

Figura 2


Análisis de Fase(Fase axial en una máquina)

Relación de fase entre dos cojinetes,lectura axial en los extremos del eje: “en fase”

eje

cojinete

Lectura de fase. Corregir por posición del sensor si fuera necesario

cojinete


Análisis de fase(Relación de fase entre planos vertical y horizontal de un cojinete)

Relación de fase entre ambos planos radiales: “90 grados”


Resonancia

normalmente mayor del 10%

A

mpl

itud

Margen de separación

Primer crítica Segunda críticaVelocidad de operación


¿COMO ANALIZAR UN ESPECTRO VIBRATORIO?

-Relacionar en forma precisa la frecuencia de las vibraciones -Con la velocidad de rotación.

Determinar para cada componente (frecuencia) vibratoria, laCausa que las genera.


Cosas a buscar en el espectro

Armónicos de la velocidad de rotaciónComponentes a la velocidad de rotación de la máquinaFrecuencias más bajas de la velocidad de rotación


Metodos Especiales de Procesamiento de

Señales.


Procesamiento de señales Envolvente SEE (spectral emitted

energy)

Valor global de vibraciones ( incluida la señal de falla del rodamiento)

señal de falla del rodamiento


Envolvente

El filtro pasabanda es especificadoteniendo en cuenta la frecuenciaarmónica de falla que sea de interés.

Los eventos en bajas frecuencias son filtrados (eliminados). Se hace un zoomen las armónicas de alta frecuencia, dadoque son bajas señales, dentro del ruido.Estas luego son demoduladas y expresadasen la frecuencia del defecto fundamental.

Señal resultante de envolvente medida en gE

Frecuencia del defecto

fundamental

Armónicas de la fundamental

1 - Espectro típico en velocidad2 - Proceso de envolvente en aceleración

3 - Proceso de envolvente de aceleración 4 - Espectro de envolvente de aceleración


Filtro de envolventeFiltro pasabanda

acelerómetro Detector de envolvente

Espectro FFT


TABLA DE SEVERIDAD DE ENVOLVENTE (gE)

SEVERIDAD DIAMETRO DEL EJE (mm) / VELOCIDAD (rpm)

F max500 Hz 1000 Hz

Ø 200 a 500 mm< 500 rpm

Ø 50 a 300 mm500 a 1800 rpm

Ø 20 a 1501800 a 3600 rpm

0,075 0,1

0,35 0,5

0,55 0,75

0,75 1

1,5 2

3,5 4

7,5 10

BUENO

------------------------

SATISFACTORIO

------------------------ALERTA

------------------------

NO ADMISIBLE

BUENO

-----------------------

SATISFACTORIO

-----------------------ALERTA

------------------------

NO ADMISIBLE

BUENO

-----------------------

SATISFACTORIO

-----------------------ALERTA

-----------------------

NO ADMISIBLE


SEE Technology(Spectral Emitted Energy)

Detección de:

• Problemas de lubricación

• Defectos incipientes en rodamientos y engranajes


SEE Análisis numérico

Zona de carga de rodamiento


SEE Análisis de espectros


Análisis de problemas

típicos de máquinas.


Desbalanceo


Desbalanceo - Causa y efecto

1x

2x 3x

Alta 1 x

Armónicas de 1 x bajas


Desbalanceo - Diagnóstico

Diferencia de fase 90 o 270° entre la dirección vertical y Horizontal en un mismo punto.


Desbalanceo - Resumen


Desalineación

Desalineación angularo axial

Desalineación paralelao radial


Desalineación - Causa y efectos

Desalineación angular Desalineación paralela


Desalineación - Diagnóstico

Alta 1X y-o 2X, 3X


Desalineación - Resumen

Desalineación angular

Desalineación paralela

Mediciones axiales en los cojinetes, a ambos lados del acoplamiento, desfasadas 180 grados

Mediciones radiales en loscojinetes, en ambos lados delacoplamiento, desfasadas180 grados


Eje torcido


Eje torcido - Diagnóstico1 - Las mediciones axiales en los extremos de la máquina, tienen típicamente 180 de desfasaje2 - Las mediciones radiales están típicamente en fase


Flojedades mecánicas


Flojedades mecánicas Diagnóstico


SKF de México, S.A. de C.V.

A m

p l

i t u

dF r e c u e n c i a

1Xpconducida 1Xpmotriz

Gráfica espectral mostrando problemas de banda desgastada, holgada o dispareja.

Armónicas deFP

FPC.-Frecuencia paso Correas(FPC= 3.14*vel. de polea*diam. de polea)/ longitud de correas

Esquema mostrando problemas de correadesgastada, holgada o dispareja.


SKF de México, S.A. de C.V.

Gráfica espectral mostrando desalineación de poleas.A

m p

l i t

u d

F r e c u e n c i a1X de polea motriz o conducida

Medición axial

Esquema mostrando desalineación correa - polea.


RadialPOLEA EXCENTRICA

1X POLEA

A

B

La diferencia de fase entre los Planos A y B es 180°


Monitoreo de

Rodamientos.


¿Porqué fallan los rodamientos?

Lubricación inadecuada- excesiva- insuficiente- contaminada

Excesiva carga causada por:- desalineación- desbalanceo- eje torcido excentricidad- etc.

Incorrecto manipuleo o montaje

Tiempo Impronta en pista exterior


Curva típica de falla de rodamientosVibración

Detección por emisión acústica

Período de alarmaFalla del rodamiento

Inicio de la falla

Detección por vibraciones

Detección por ruido

Tiempo


Frecuencias de fallas de rodamientos

BPFOFrecuencia de falla en pista exterior

BPFIFrecuencia de falla en pista interior

BSFFrecuencia de rotación de las bolillas

FTFFrecuencia de rotación de la jaula


Espectro de frecuencias de fallas


Etapas de la averíaEtapa 1 Etapa 2

Stage 3 Stage 4

no apparent change on typical velocity spectrum defect’s harmonic frequencies appear

defect’s fundamental frequencies also appearand may exhibit sidebands

defect’s harmonic frequencies develop multiplesidebands (haystack), fundamental freqs. growand also develop sidebands

defect’s “fund.”frequency range

defect’s “harmonic”frequency range

No hay cambio aparente en el espectro de velocidad

Rango de Frec. Fundamentales

Rango de armónicas

Aparecen armónicas de frecuencias de defectos

Etapa 3Aparecen frecuencias fundamentales de defectos, y pueden tener bandas laterales

Etapa 4Las armónicas de defectos desarrollan múltiples bandas laterales. La frecuencia fundamental crece, también con b.l.

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