Vibraciones Mecánicas

Impartido por: Ing. Mauricio Leonel Paz González

Vibración Inducida eléctricamente.

La maquinaria eléctrica sufre de todos los defectos de otra maquinaria rotativa, con la complicación adicional de efectos puramente eléctricos. La constricción magnética o magneto-estriccion es la deformación de un material magnético en presencia de un campo magnético, y causa vibración a 120 Hz en todos los aparatos eléctricos como motores, generadores, transformadores etc.

Machado Rivera Carlos Cisneros Cueva Gabriel Miguel Ángel Hernández Gildardo roja Martínez Espinoza Rosales Jesús Armando Durazo Rodríguez Juan Bosco

Integrantes

Grupo 557 Ing.

Mecánica

Motores eléctricos a Corriente Alterna (CA)

Hay dos tipos de motores eléctricos a corriente alterna, el motor síncrono y el motor a inducción. Cada uno de estos tipos puede usar corriente monofásica o trifásica.

El estator de motos CA contiene un número de bobinas de alambre enrollado alrededor y a través de las ranuras del estator. Siempre hay mas ranuras que bobinas y por eso las bobinas son trenzadas de manera bastante compleja.

Motores Síncronos

Si un rotor está girando que esta magnetizado de manera permanente en la dirección transversal esta puesto a dentro del estator, será arrastrada por atracción magnética a la velocidad a la que está girando el campo. Esta se llama la velocidad síncrona y el ensamblado es un motor síncrono.

Motor de inducción:La diferencia entre los motores a inducción “Jaula de Arduilla” y motor síncrono es que el rotor de inducción no es un imán permanente si no que es un electro imán. Por lo general estos motores son parcialmente motores trifásicos basados en el accionamiento de una masa metálica por la acción de un campo giratorio. Están formados por dos armaduras con campos giratorios coaxiales una es fija y la otra móvil (estator y rotor).

El estator se hace apilando láminas de acero de ranuras finas altamente permeables dentro de un marco de acero o hierro fundido haciendo pases de van a los patrones de las ranuras del estator. Cuando electricidad es introducida se crea un campo giratorio. El campo magnético inducido en el rotor se mueve en dirección opuesta a la rotación y la velocidad de este depende de la carga aplicada. Esto quiere decir que las RPM siempre serán inferiores a la velocidad síncrona. La diferencia entre la velocidad actual y la velocidad síncrona se llama el deslizamiento. Entre más grande es el deslizamiento, más grande es la corriente inducida en las barras del rotor, y más grande el torque.

Vibraciones relacionadas con el deslizamiento:

Vibraciones relacionadas con el deslizamiento:Irregularidades en las barras del rotor causarán vibración a la frecuencia de deslizamiento multiplicado por el número de polos en el motor. Por ejemplo en el motor de dos polos cualquier barra de rotor estará alineada con el polo magnético girando creado por el estator en dos ocasiones para cada ciclo de deslizamiento. El ciclo de deslizamiento es la velocidad síncrona dividida entre la velocidad de deslizamiento. Por ejemplo en un motor de 3450 RPM la velocidad simcrona es 3600RPMy la frecuencia de deslizamiento es de 3600-3450=150 RPM. Por es 360 0 :150 = 24 lo que es el ciclo de deslizamiento. Esto quiere decir que para cada 24 revoluciones del rotor la misma barra del rotor será exactamente alineada con la misma polaridad del polo magnético giratorio y estará alineado una vez cada 12 revoluciones con el polo giratorio opuesto.

Un motor a inducción con barras defectuosas producirá una firma de vibración que varía lentamente en amplitud, a dos veces la frecuencia de deslizamiento. Este fenómeno se llama batido y muchas veces se puede oír y también medir. La amplitud y la frecuencia de los batidos dependen de la carga del motor ya que afecta a la frecuencia de deslizamiento. Este efecto se produce especialmente en motores que arrancan con frecuencia bajo carga.

Si el espacio de aire no está uniforme, las fuerzas en el rotor no son balanceadas y esto resulta en una alta vibración inducida magnéticamente a 120 Hz. La atracción magnética es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre el estator y el rotor, y por eso, una pequeña excentricidad causará una vibración relativamente importante.

Excentricidad en el espacio de Aire

Problemas de barra de rotor y monitoreo de la

barra de rotor por análisis.

TURBINAS

Las turbinas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes.

TURBINAS A GAS

Las firmas de turbinas a gas por lo general contienen un componente de vibración de banda ancha, causado por el ruido de la combustión.

TURBINAS A VAPOR

La vibración en una turbina de vapor no es una avería en sí misma, sino un síntoma de un problema que existe en la turbina y que pude derivar en graves consecuencias. Por esta razón, las turbinas de vapor están especialmente protegidas para detectar un alto nivel de vibraciones y provocar la parada antes de que lleguen a producirse graves daños.

Causas más habituales que provocan un alto nivel de vibración. Mal estado de los sensores de vibración o de las tarjetas acondicionadoras de señal. Desalineación entre turbina y caja de engranajes. Mal estado del acoplamiento.Vibración del alternador que se transmite a la turbina. 

Problema en la lubricación de los cojinetes.Mala calidad del aceite.Mal estado de cojinetes. Mal estado del eje en la zona del cojinete. Desequilibrio del rotor por suciedad o incrustaciones en álabes. Desequilibrio en el rotor por rotura de un álabe. Desequilibrio en rotor por mal equilibrado dinámico.

BOMBAS CENTRIFUGAS

La impulsora de la bomba produce un impulso de presión en el fluido bombeado, cuando cada alabe pasa el puerto de salida. Este excita la frecuencia de vibración del paso de alabes en la tubería, y por lo general se transmite a través de la máquina.

Si la amplitud se incrementa de manera significativa, eso por lo general quiere decir que hay un problema interno como una desalineación, o daño en las alabes.

PREVENCIÓN DE VIBRACIONES

Para prevenir estas vibraciones es necesario conocer las principales causantes de las mismas, estas se pueden dividir en causas mecánicas y causas hidráulicas.

CAUSAS MECÁNICAS

Fuera de balanceo y desalineación de motor.Rodamientos desgastados.Tornillos flojos.Cañerías mal forzadas.

CAUSAS HIDRÁULICAS

Operar lejos del punto máximo de eficiencia de la bomba.Flujo turbulento.Evaporación del liquido.Recirculación.Trabajar cerca de la velocidad critica.

BOMBAS CON ENGRANES

Bombas con engranes se usan para bombear aceite de lubricación, y casi siempre tienen un componente de vibración fuerte en la frecuencia del engranaje. Este componente dependerá fuertemente de la presión de salida de la bomba.

Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparición de armónicos o de bandas laterales, en el espectro de vibración, este podría ser una indicación de un diente cuarteado o dañado de otra manera.

VENTILADORES

En los ventiladores y particularmente en los que mueven aire cargado de partículas o gas, se acumulan fácilmente desechos en las aspas de manera desigual.Eso provoca un desbalanceo y se debe corregir inmediatamente, después que ha sido diagnosticado. Si alguna de las aspas se deforma, se rompe o se agrieta, el pico de la frecuencia del paso de aspas se incrementará.

VENTILADOR DE FLUJO AXIAL

Un problema de cárter del ventilador, como un juego insuficiente de aspas causará altos niveles de la. frecuencia de paso de aspas.

VENTILADORES CENTRÍFUGOS

Un problema común en ventiladores centrífugos, es la distribución desigual del aire de suministro a través de la entrada, y este causa niveles de vibración incrementados a la proporción del paso de alabes.

Unión de dos piezas o cuerpos que se ajustan perfectamente

Los acoplamientos existen en muchos tipos de mecanismos y configuraciones y es un defecto por lo general causa síntomas similares a la desalineación.

Frecuentemente los problemas de acoplamiento producen componentes de vibración 1x (primer armónico frecuencia del giro de rotor) un poco más fuertes que a los que produce la desalineación.

Si el acoplamiento no es verdadero, si es que las caras de las bridas no son paralelas, se va producir una vibración similar a la desalineación angular.

La desalineación de acoplamientos es un problema común y el resultado es conocido como componentes altos 1x y 2x (dos veces la frecuencia de la frecha, motor etc.) radiales y tangenciales. El desgaste puede producir síntomas de desalineación y de holgura.

Acoplamientos

Las bandas son un tipo de transmisión de fuerza, y estas eostán sujetas a muchas problemas en si hay muchas clases de bandas y todas están sujetas a desgaste y daños, las bandas deben de revisarse frecuentemente para ver el estado en que se encuentran en caso dado de tener algún daño arreglarla inmediatamente y mantenerlas en la tensión correcta y estar limpias.

Bandas de activación

Especialmente bandas Vee, estas generarán vibración a la frecuencia fundamental de paso de banda y sus armónicos.

En el caso de que haya dos poleas en el sistema, el segundo armónico estará dominante.

Formula para calcular La frecuencia fundamental de la banda (FFB o FBF).

(ojo siempre es subsíncrona, eso significa que es de más baja frecuencia que 1x).

Bandas mal emparejadas, desgastadas oestiradas

Estas generarán fuertes componentes radiales 1x, principalmente en ladirección paralela a las bandas. Es una situación muy común y también imita el desbalanceo una manera de verificar que no este desbalanceado, primero verificar removiendo las bandas y volviendo a medir.

Una vibración 1x en una polea excéntrica o de una polea con movimiento excéntrico generalmente se manifestará en la otra polea.

Poleas excéntricas, movimiento excéntrico de poleas

La desalineación de poleas generará fuertes componentes axiales de 1x y armónicos axiales de la frecuencia fundamental de la banda.

Desalineación de poleas

Una fuerte vibración con onda estática, es una indicación de una tensión incorrecta. La frecuencia puede variar en un rango largo y se puedemedir con un pequeño estroboscopio (permite visualizar un objeto que está girando como si estuviera inmóvil o girando muy lentamente) portátil para verificar su posición en el espectro.

La tensión de banda desigual en sistemas de bandas múltiples causa altas cargas radiales en los rodamientos.

No se deben usar inactivos cargados con resortes, ya que agregan unsistema de resonancia al sistema de banda que ya es complejo de por si, y por lo general causan más problemas que los que resuelven.

Resonancia de banda o golpe de banda.

Caja de Engranes

Que es una caja de Engranes?

Una caja de engranajes utiliza un beneficio mecánico para aumentar la fuerza de torsión de salida y reducir la RPM. El eje del motor se sustenta dentro de la caja de engranajes y a través de una serie de engranajes internos que proporcionan la fuerza de torsión y la conversión de la velocidad. 

Dirección de Rotación

Fuerza de Torsión

La vida útil de una caja de engranajes se determina por la carga en el diente del engranaje y por el número de revoluciones de las ruedas de engranaje.

Engranes excéntricos y Flechas con Flexión

un engrane excéntrico, o una flecha con flexión causarán que el tono del engranaje se intensifique durante la parte de la revolución del engrane en la que se está aumentando el radio-el engrane activado esta siendo acelerado en su rotación durante este tiempo. 

Cualquier otro defecto en el engrane, como un diente cuarteado o astillado también causará un tono de engranaje irregular. Esto resultará en la modulación del tono, y en la aparición de bandas laterales en el espectro. Ya que los engranes generalmente giran en la caja a velocidades diferentes, la modulación de amplitud debida a varios de los engranes será de proporción diferente y las bandas laterales estarán ubicadas a distancias diferentes

Engranes Planetarios

Engrane planetario

Un engranaje planetario es un sistema de engranajes (o tren de engranajes) consistente en uno o más engranajes externos o planetas que rotan sobre un engranaje central o sol. Típicamente, los planetas se montan sobre un brazo móvil o porta planetas que a su vez puede rotar en relación al sol. Los sistemas de engranajes planetarios pueden incorporar también el uso de un engranaje anular externo o corona, que engrana con los planetas. Otra terminología extendida y equivalente es la que considera el eje central el planeta, siendo los engranajes a su alrededor satélites acoplados por tanto a un porta satélites.

Engranes Planetarios

Compresores Centrífugos

Compresores centrífugos

Los compresores centrífugos, también llamados compresores radiales, son un tipo especial de turbo maquinaria que incluye bombas, ventiladores, o compresores.Los modelos más primitivos de este tipo de máquina eran bombas y ventiladores. Lo que diferencia a estos de los compresores es que el fluido de trabajo puede ser considerado incompresible

Compresores centrífugos

Por contra, cualquier compresor moderno se mueve a altas velocidades por lo que su análisis debe asumirse un fluido compresible.Si se le quiere dar una definición, se puede considerar que los compresores centrífugos producen un incremento de densidad mayor que un 5 por ciento.

Compresores Centrífugos

Maquina Reciprocas

Maquina Reciprocas

Los tipos más comunes de máquinas recíprocas son bombas a pistón y compresores y motores a combustión interna. En todas estas máquinas el ritmo del pistón ( por lo general 1x )es dominante, junto con el ritmo de ignición de los motores con 4 ciclos. Muchas máquinas recíprocas tienen turbo cargadores y esos se diagnostican como otras turbinas rotativas y compresores. Problemas en engranes de arboles de levas también son comunes y se pueden ver, examinando la frecuencia del engranaje

Maquina Reciprocas

FIN