apunte de vibraciónes

7/23/2019 Apunte de Vibraciónes

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ANALISTA DE VIBRACIÓN – NIVEL I

Fundamentos de Vibración

Vamos a empezar

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Si quieres llegar a ser un experto analista de vibraciones, tendrás que empezar con los

fundamentos. Hará falta saber como tomar medidas, como son las señales y como interpretar

gráficos gráficamente.

En este apartado nos centraremos en los fundamentos de vibración. Aprenderás acerca de la

forma de onda, sobre el espectro de vibración y la relación entre ellos, así como con la máquina.

El objetivo es que te familiarices con la onda temporal y el espectro. La toma de medidas, elprocesado de señales, y temas relacionados con el diagnóstico serán cubiertos en otros

apartados.

Fundamentos de VibraciónFundamentos de Vibración I



¿Qué es la vibración?

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Cuando se mide la vibración en los apoyos (cojinetes, rodamientos) de una máquina, estás

midiendo la respuesta de la carcasa del apoyo a las fuerzas generadas en el interior de la

máquina.

Estas fuerzas están vinculadas con todos los elementos rotativos: eje, bolas del rodamiento, palas

del ventilador, más las fuerzas provenientes de máquinas de alrededores.

Si el conductor de movimiento (por ejemplo, un motor) está desalineado, lo verás en la vibración. Si

los acoplamientos no están alineados adecuadamente, lo verán en la vibración. Incluso si la

máquina está mal atornillada, traqueteará y lo verás en la vibración.



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Por lo tanto es razonable pensar que si mides la vibración y la analizas con la experiencia

necesaria, puedes determinar si existe algún problema en la máquina.





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Pero, ¿como se sabe el aspecto que debe tener la vibración? Las máquinas son de muy diversas

formas y tamaños, pero hay un par de reglas.



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Primero hay un número de patrones que deben ser reconocidos. Si hay un desequilibrio, la

vibración cambiará en cierta medida. Si hay un problema con los rodamientos también cambiará,

pero de diferente forma.





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Segundo, a medida que el estado de la máquina se degrada, los niveles de vibración y los

patrones cambiarán. El nivel generalmente aumentará y el patrón puede variar en una multitud de

formas.

Por tanto lo que se hará será medir la vibración y ver si cambia.


¿Dónde comenzó todo?

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La gente lleva midiendo vibración durante años y años. Todavía hoy la gente suele escuchar a la

máquina y tener una idea de su estado. Como ayuda usaban un destornillador que ponían entre

la oreja y la superficie de la máquina, para escuchar a los rodamientos y cojinetes. Cuando

apareció el medidor de vibraciones, este daba una indicación global del nivel de vibración. Es

más sensible que el oído pero no puede distinguir entre los diferentes tipos de fallos.

Una vez que se conoció la naturaleza de la vibración, se desarrollaron nuevos medidores de

vibración que se centraron en ciertas frecuencias (generalmente altas), para dar una indicación

sobre los posibles problemas en rodamientos. Algunos de ellos todavía se usan hoy en día, como

son “Shock pulse”, “Spike energy”, “HFD” y otros.




Entendiendo la vibración

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Con el fin de entender que está mal en la máquina, tenemos que estudiar la vibración más

detenidamente.

Cuando un eje gira en el interior de la máquina, un motor por ejemplo, genera cierta vibración. Sino hubiese fricción en los apoyos, no hubiese carga, estuviese perfectamente alineada y

equilibrada, no hubiera gravedad… entonces no vibraría. Pero en la realidad, las máquinas

vibran.

Antes de que una máquina vibre es necesario que se produzcan fuerzas internas. Estas fuerzas

son debidas a problemas de desalineación, desequilibrio, eje doblado, holguras, fricciones,

problemas eléctricos y otros factores.

La vibración que medimos se debe en gran parte a la magnitud de dichas fuerzas, a la masa, la

rigidez y el amortiguamiento de la máquina.

Para comprender mejor el concepto de vibración debemos ver las cosas desde el punto de vistade la máquina. Está bien hablar de movimiento armónico y de rigidez, pero lo importante es volver

a los fundamentos básicos.



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Imagínate un ventilador nuevo con ocho palas. Con el ventilador en marcha, si colocas tu mano

en el motor no sentirás mucho (imagina que es un ventilador perfecto y no sientes nada).

Ahora vamos a hacer un cambio en el sistema. Vamos a añadir un peso en una de las palas,

pegando la cabeza de una alfiler en el ventilador. Pon en marcha de nuevo el ventilador y fija lavelocidad de giro en una revolución por segundo. Con una masa tan pequeña en el ventilador no

se sentirá nada. La masa del peso desequilibrado no es grande comparada con la del ventilador,

y la velocidad de giro no es lo suficientemente grande como para provocar grandes fuerzas

centrífugas.





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Ahora vamos a incrementar el peso poniendo una moneda en una de las palas. Con el ventilador

girando a la misma velocidad, ahora se podrá sentir algo.

Se deberá sentir una pulsación que deberá tener un periodo de un segundo. (la moneda da una

vuelta por segundo). Si tu mano está en la parte superior del motor, verás que la pulsación

alcanza su pico cuando puedes ver la pala con la moneda pegada en la parte más elevada de la

rotación.


La onda temporal

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Si permitimos al punto dorado que se mueva a través de todo el recuadro a una velocidad

constante, irá dejando una estela tras de sí. La curva dibujada es una onda senoidal.

El pico de la onda coincide cuando la moneda está en la parte más alta del giro, y a la inversa

cuando está en la parte más baja. Esto es exactamente lo que se tendrá si se tiene un sensor de

vibración en el ventilador, y se observa la señal en una pantalla de análisis.

La onda senoidal es una representación de cómo la vibración cambia instantáneamente con el

tiempo. La onda temporal es parte integral del monitorizado y el análisis de vibraciones.

Fundamentos de VibraciónFundamentos de Vibración II



Periodo y Frecuencia

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Si se midiese el tiempo entre dos picos, se

estaría obteniendo el periodo de la onda. La

frecuencia es la inversa del periodo.

En nuestro ejemplo, el ventilador estaba

girando a una vuelta por segundo, luego el

periodo era un segundo y la frecuencia

también.


Periodo y Frecuencia

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Si se doblase la velocidad del ventilador y se repitiese el ejercicio, se vería que las ondas

están más juntas. El periodo en este caso, sería más pequeño, 0.5 segundos, porque este es

el tiempo necesario para dar una vuelta completa. La frecuencia ahora es de 2 Hz.




Presentando “CPM”

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Generalmente se habla de la frecuencia en términos de ciclos por minuto CPM. La velocidad

de nuestro ventilador es por tanto de 120 CPM. Naturalmente la frecuencia en CPM es 60 por

el valor de la frecuencia en Hz. (o ciclos por segundo).


Presentando “Hertzios”

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Aunque las unidades de ciclo por segundo son más fáciles de comprender, utilizamos el

término Hertzio, Hz. Por lo tanto el eje está girando a 2 Hz.




Presentando “RPM”

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Las unidades de CPM y Hz. son términos genéricos para describir cualquier frecuencia, la

frecuencia de un pitido, la frecuencia del traqueteo que hace el reductor, etc. Pero cuando se

habla específicamente del eje de rotación, usamos unidades de revolución por minuto, RPM.

El eje girará a 120 RPM.


Presentando “Amplitud”

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La amplitud nos indica la severidad de la vibración y es igual a la altura de los ciclos. Si se

pusieran dos monedas en la pala del ventilador y se redibujase nuestro gráfico usando la misma

escala, la altura del gráfico sería mucho más grande.

Fundamentos de VibraciónPresentando la Onda Temporal



Presentando “Pico a Pico”

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Cuando se considera la amplitud en el mundo de la vibración, introducimos una serie de

términos nuevos. La amplitud “pico a pico” es la cantidad medida entre el fondo del valle y el

máximo valor que alcanza el pico.


Presentando “Pico”

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La amplitud de pico es la cantidad medida entre el cero y el máximo valor del pico.




Una señal real

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En nuestra onda senoidal el valor pico a pico es exactamente el doble del valor pico, pero

esto solo es cierto para ondas senoidales. En una señal real, el nivel máximo positivo puede

ser mayor o menor que el nivel máximo negativo, hablando en términos absolutos.


Presentando el “promedio”

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El valor promedio de la señal es un término usado solo ocasionalmente. Es el valor promedio

de todos los valores absolutos de la onda. En una señal senoidal es igual a la mitad del valor

pico.




El “RMS”

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El RMS (valor eficaz) es el promedio de los valores de la raíz cuadrada de las amplitudes de

la onda. En el caso de una onda senoidal pura es 0.707 por el valor pico.

El valor RMS es proporcional al área bajo la curva. Si los picos negativos se rectifican y el

área total es la resultante bajo la curva, se promedia dando lugar a un nivel constante. La

altura de dicho nivel sería el valor RMS.


Entrando en más profundidad

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Al aumentar la velocidad del ventilador aumentará la amplitud de la onda. Si ahora

pusiésemos una carta que rozase con el ventilador, además de la vibración oiremos el sonido

del golpe de la carta. Por cada vuelta que dé el ventilador se escucharán 8 golpes de cada

pala al pasar por la carta. Notarás que la onda original dominante se riza. La frecuencia de

este rizo es 8 veces la frecuencia de la velocidad del ventilador. Por ejemplo, si el ventilador

gira a 24 RPM, el rizo tendría una frecuencia de 192 RPM. Se ve que los valores RMS, pico apico y pico son diferentes ahora porque la señal es la mezcla de dos señales, el valor pico

actual será igual a la suma de ambas (depende de la relación de fase).



¿Necesitas saber esto?

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Puedes estar interesado en saber que los términos pico y RMS no son solo términos

abstractos que usamos para describir ondas. Durante muchos años se han utilizado

medidores portátiles que dan un valor de vibración global de la máquina. La lectura era de

nivel global RMS o de valor pico a pico (o pico).

Estas medidas son todavía muy importantes hoy en día. La mayoría de sistemas de

mantenimiento predictivo ofrecen la opción de obtener lecturas RMS que pueden ser usadas

en tendencias. EL valor RMS es calculado bien de la onda, bien del espectro, o mediante un

chip en el colector de datos que deriva el nivel de vibración RMS de la señal dinámica.

Existe una normativa sobre la severidad de la vibración que indica el estado de la máquina

, en función de su valor RMS. Lo mismo se puede aplicar a lecturas de pico en

cojinetes, como indicación del movimiento del eje respecto al cojinete. Es más, las unidades

de vibración utilizadas para describir la amplitud de la vibración siempre vienen en valores

RMS, pico a pico o pico.

Oigamos acerca de la fase

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Fundamentos de VibraciónEntendiendo la fase

Vamos a utilizar ahora dos ventiladores, con una moneda en cada uno situada en la parte superior

de cada uno de ellos. Al arrancar los ventiladores a la vez entrarán en velocidad al mismo tiempo.




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La pulsación de cada ventilador se producirá al mismo tiempo, es decir, alcanzan su valor pico a la

vez. Ambos giran una vez por segundo, por la tanto están en fase.

Paramos los ventiladores de manera que la moneda del primero esté en la parte superior y la delsegundo en la inferior. La pulsación se produce al mismo tiempo, pero la pulsación será mayor

cuando la moneda está en el punto más alto. Pero el pulso no está sincronizado. Un ventilador

produce el pulso medio segundo después del otro (giran a un ciclo por segundo).


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La amplitud es la misma y la frecuencia también, pero hay una diferencia en el tiempo. Los dos

ventiladores están 180º fuera de fase o desfasados. La onda dorada es la de referencia. Dividimos

un ciclo en 360 partes iguales, de forma que cada intervalo sea un grado de rotación. Si

observamos el pico de la segunda onda, alcanza su máximo 180º después de la primera.

Si nos referimos al ventilador como si fuese una brújula, podemos ver que cuando la moneda del

primer ventilador está en el norte, la del segundo estará en el sur.




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Vamos a repetir el ejemplo pero ahora poniendo la moneda del segundo ventilador en la posición

que ocupa el este. De nuevo arrancamos los ventiladores a la vez y los hacemos girar en el

sentido de las agujas del reloj. El primer ventilador alcanzará su máximo después de que lo haga

el segundo, exactamente un cuarto de segundo después.

Si nos referimos al ventilador como si fuese una brújula, podemos ver que cuando la moneda del

primer ventilador está en el norte, la del segundo estará en el sur.


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Si dibujamos las ondas senoidales de nuevo, vemos que esta vez los picos están más cerca.

Están todavía desfasados, están todavía desfasados, sin embargo, esta vez el primero adelanta

en 90º al segundo.




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La onda de color rojo alcanza su pico antes que la dorada. Por lo tanto, el ventilador de la onda

roja adelanta en 90º

La fase es una cuestión de tiempo entre dos sucesos. En nuestro caso consideramos la fase a una

única frecuencia (la velocidad del eje). De hecho la mayoría del trabajo de análisis de vibraciones

solo contempla estudiar la fase a la velocidad de la máquina, y solamente si los eventos están en

fase o 180º desfasados.

La fase es una herramienta de diagnóstico importante

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Usamos la fase para diagnosticar fallos tales como desequilibrio (el caso del ventilador),

desalineación, ejes doblados, y muchos otros fallos. También se pueden detectar resonancias o

problemas de flexibilidad en la base.



Sintiendo la vibración

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Fundamentos de VibraciónSintiendo la Vibración

Hay tres características que podemos medir: desplazamiento, velocidad y aceleración.

Ahora vamos a fijarnos en la rotación del eje. El punto rojo indica donde se colocó el punto rojo. Si

miramos detenidamente al eje podemos ver que se mueve arriba y abajo, por lo que si tuviésemosuna manera de medir distancia entre un punto de referencia y el eje, deberíamos ver el mismo

patrón senoidal.

Presentando “desplazamiento”

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Cuando el eje se encuentra en su posición más baja de su movimiento, la onda se encuentra en la

posición más alta. Eso es porque el eje se encuentra en el punto más alejado del sensor.

Esta medida se denomina medida en desplazamiento. La medida de desplazamiento es muyimportante porque es proporcional a la cantidad de tensión a la que están sometidos apoyos,

pernos y otros mecanismos de sujeción. En el caso de las turbinas y de los cojinetes una medida

en desplazamiento puede decirnos donde se localiza el contacto entre el eje y el apoyo, y si hay

fricción.



Presentando “velocidad”

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Mirando de nuevo a nuestro eje, si nos fijamos en el movimiento vertical, podemos ver que desde

la posición inferior sube rápidamente pasando por el centro a máxima velocidad y entonces

decelera como si viniese a descansar a la parte superior.

Velocidad y desplazamiento

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Si miramos a la velocidad y desplazamiento podemos ver que ambos son senoidales y que el eje

alcanza su velocidad máxima antes de que este llegue a su máximo desplazamiento en la parte

inferior de su rotación. La velocidad adelanta en 90º al desplazamiento.



Velocidad

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La velocidad es importante porque la velocidad es proporcional a las fuerzas de fatiga a las cuales

están sometidos los apoyos y otros componentes estructurales, lo que es la causa de fallo más

común en maquinaria rotativa. La mayoría de medidas de vibración serán visualizadas en

unidades de velocidad.

Presentando “aceleración”

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El eje parte de una posición de reposo en la parte inferior de la rotación y pasa a máxima

velocidad por el centro, por lo tanto debe haber una aceleración. De manera inversa decelera

desde el centro hasta la posición más alta de rotación, donde vuelve al reposo.

Imagina que estás sentado sobre la gráfica. La mayor fuera de aceleración se ejerce sobre ti en el

momento de ascender hacia la parte superior, en ese momento te sentirás empujado hacia atrás

(fuerza de gravedad). En el momento que atraviesas la línea central, no sentirás casi ninguna

fuerza sobre ti. Entonces cuando desciendes y actúa el freno, te verás sometido a fuerzas de

consideración y sentirás la aceleración de nuevo.



Aceleración y desplazamiento

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Por lo tanto la aceleración es también senoidal, pero con la diferencia de que el mínimo y el

máximo ocurren en momentos opuestos. Por esta razón están 180º desfasados.

Aceleración, velocidad y desplazamiento

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Si juntamos las tres podemos ver la relación de fase entre ellos y comprobar porqué la fase es tan

importante.



Aceleración

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La aceleración es una característica importante porque es proporcional a las fuerzas en los

apoyos. La aceleración es lo más importante en máquinas de velocidad rápida, o componentes de

alta frecuencia (> 120000CPM). Ya que mientras que los niveles de desplazamiento pueden ser

muy pequeños, y los de velocidad moderados, los niveles de aceleración pueden alcanzar nivelesaltos.

Desplazamiento

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Inversamente, el desplazamiento (mm o micras) es la mejor medida para máquinas lentas, que

estén por debajo de 100 RPM. Para este caso el movimiento puede ser grande, mientras que la

aceleración es baja. Entre estas dos está la velocidad (mm/s), que se usa para medir vibración en

la mayoría de las máquinas.



Las ondas temporales pueden ser muy complejas

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Fundamentos de VibraciónPresentando el espectro, la onda temporal

En general una máquina tendrá un número bastante grande de fuentes de vibración. Los apoyos,

ventilador de refrigeración, las barras del rotor en el motor y todas las resonancias generan

vibraciones a diferentes frecuencias.

Buscando cambios

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Por esta razón, el arte de análisis de vibraciones está en

buscar cambios en los patrones y entonces relacionar

estos cambios con los componentes mecánicos de la

máquina.



Incremento del desequilibrio

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Si tuviésemos una onda senoidal de nuestro ventilador de prueba cada semana y observásemos

cada una de las ondas, notarás que la frecuencia es la misma, como lo es la velocidad de la

máquina, pero que los niveles han aumentado. Es como si alguien hubiese incrementado poco a

poco el tamaño de la moneda.

Incremento de roces

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¿Qué pasa si la señal principal no cambia en nivel, pero la vibración debida al ventilador aumenta?

Solo varía el componente de alta frecuencia. Es como si el ventilador estuviese friccionando con

mayor fuerza en la carta.



Presentando el espectro

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La onda es muy útil para el análisis. Permite ver exactamente como cambia la vibración de un

momento a otro. Si hubiese un impacto (una bola del rodamiento golpeando la pista interior) se

vería un pico en la onda.

La onda es muy útil, pero a medida que se van introduciendo un mayor número de señales, se

hace más difícil interpretar que está pasando en la máquina. En nuestro simple ejemplo, se puede

ver que las dos señales tienen diferentes frecuencias y niveles de amplitud.


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Pero hay otra manera de estudiar la vibración y consiste en estudiar el espectro. El espectro se

deriva de la onda por medio de un proceso denominado Transformada Rápida de Fourier o FFT.

Construyamos otro gráfico. Esta vez, el eje horizontal es la frecuencia. Recuerda que cuanto más

rápido funciones la máquina, mayor es la frecuencia. El eje vertical es la amplitud.




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En este gráfico que va de 0 a 10 Hz (10 Hz significa 10 ciclos por segundo, o 600 CPM).

Ahora vamos a mostrar el efecto que produce la moneda cuando el ventilador está girando a 1

ciclo por segundo. Suponemos que la amplitud es 3.


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Si ponemos una moneda más pesada la línea de nuestro gráfico es el doble de grande pero la

frecuencia no ha cambiado.

Si ahora doblamos la velocidad del ventilador, la altura de la línea no cambia pero ahora se

muestra a la frecuencia de 2 Hz.




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Ahora quitamos la moneda, fijamos de nuevo la velocidad a 1 Hz, e insertamos la carta para que

justo haga contacto con la punta de las palas. Se puede oír una vibración a 8 veces la velocidad

del ventilador. Pero la altura es solo un tercio comparada con la moneda pegada a la pala. La

frecuencia es por tanto 8 Hz y la altura 1.

Si introdujésemos aún más la carta para aumentar el contacto, sin disminuir la velocidad del

ventilador, la altura, amplitud, de la frecuencia a 8 Hz aumentaría.


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Es decir, nuestro gráfico cambia de acuerdo a los cambios producidos en las fuentes de vibración,

ya sea bien la amplitud, bien la frecuencia, o bien ambas. Esto es el espectro.

En la siguiente figura se muestra que el proceso de crear un espectro es romper la onda en sus

partes constituyentes, determinar la frecuencia y amplitud de dichas partes, y finalmente

representarlo.




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Otra forma de representar como se forma un espectro es lo mostrado en la siguiente figura.

Rompemos la onda en sus partes constituyentes y las separamos en función de la frecuencia. Si

mirásemos las ondas desde un lado, veríamos sólo las alturas de estos picos y por lo tanto

tendríamos el espectro.

Podemos llevar esta idea un poco más lejos. Consiste en que cualquier onda temporal, no importa

su complejidad, está constituida de muchas ondas senoidales de diferentes frecuencias y

amplitudes. Se puede decir que la FFT es simplemente descomponer la onda en ondas

individuales y después representarlas en un espectro.

Una nueva unidad de frecuencia: órdenes

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¿Te has dado cuenta que a menudo nos referimos a la frecuencia como a una unidad relativa de la

velocidad de giro, más que como un término absoluto (por ejemplo Hz o CPM)? Saber que la

frecuencia viene en Hz o CPM es útil, pero generalmente es más útil saber la frecuencia relativa.

Si dices que el pico a 1X es alto te estás refiriendo a la velocidad de la máquina. En nuestro

ejemplo nos referimos al pico 8X como el pico a la frecuencia de paso de álabes, que se produce a

8 veces la frecuencia de la velocidad de la máquina. Este fue un ejemplo muy simple, porque

nuestra máquina gira a 1 Hz. Pero si el ventilador estuviese girando a 0.5 Hz o a 20 Hz, el

componente de la frecuencia debido a la fricción de las palas contra la carta será siempre 8 veces

esa frecuencia.



Una nueva unidad de frecuencia: órdenes

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Pero más allá de visualizar el espectro con el eje x en unidades de Hz o CPM, lo cambiamos por

órdenes. Para ello simplemente tomamos la frecuencia real y la dividimos por la velocidad de la

máquina.

Y a medida que nos adentramos con máquinas más

complejas, con un mayor número de máquinas

rotativas, la onda y el espectro se volverán máscomplejos.

Presentando las frecuencias de fallo

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Fundamentos de VibraciónFrecuencias de Fallo I

Hemos visto como los patrones en la onda temporal y por tanto en el espectro están relacionados

con los elementos rotativos de la máquina. Fue fácil estudiar el ventilador y saber donde aparecían

los picos en el espectro. Esto no significa que los picos aparecerán, sólo donde deberán aparecer,

si existen síntomas de fallo.

A medida que miramos las máquinas que se encuentran en la industria, podemos ver que el

número de frecuencias esperadas en un espectro aumentará. Hay que aprender a estudiar la

máquina y a calcular esas frecuencias llamadas frecuencias de fallo.



Calculando las frecuencias de fallo

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Si tienes un eje rotativo, esperarás que se genere una frecuencia de rotación. Si el eje gira a 1000

CPM, entonces tendrás un pico en el espectro a dicha velocidad.

Llamaremos a la velocidad del eje del motor, velocidadde referencia o 1X. Ahora vamos a considerar el

ventilador de refrigeración del motor. Nuestro

ventilador tiene 8 palas


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La frecuencia asociada con el ventilador de refrigeración aparecerá a 8X (o 8000 CPM).

Ahora añadiremos un compresor a nuestro motor.




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Ahora podemos analizar los apoyos de la máquina, un acoplamiento y un compresor. Se construirá

una lista de frecuencias de fallo para la máquina.

Si nuestro compresor tiene 12 palas se generará una

frecuencia a 12 veces la velocidad de giro del eje. En

este ejemplo, el eje del compresor está directamente

conducido por el motor, luego estará girando a la

misma velocidad (1X o 1000 CPM) que el motor.


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Si consideramos la máquina al completo, encontraremos tres frecuencias de interés: la velocidad

del eje del motor y compresor, la frecuencia de las palas del ventilador del motor y la frecuencia de

las palas del compresor.



Cálculo de frecuencias de fallo generales

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Las frecuencias de fallo son usadas para ayudarnos a diagnosticar fallos en maquinaria rotativa.

Estos cálculos nos permiten saber donde aparecerán los picos en el espectro, es decir, a qué

frecuencia son generados.

En el caso anterior hemos usado el ventilador del motor y el impulsor del compresor como un

ejemplo fácil para calcular las frecuencias de fallo. Hay un gran número de componentes que

tendrán elementos rotativos: ventiladores, soplantes, turbinas, mezcladoras, trituradoras, máquinas

herramienta y muchos más.

Rodamientos de bolas

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Fundamentos de VibraciónFrecuencias de Fallo II

Hay 4 frecuencias de fallo de interés: de pista interior BPI, de pista exterior BPO, de giro de bolas

BS y de jaula FT.

Si utilizas órdenes para trabajar con estas frecuencias (FT=0.4X), entonces todo lo que se necesita

para calcular la frecuencia final es multiplicarla por la velocidad del eje en el cual está localizado el

rodamiento.

Alternativamente se podrá conocer la siguiente información: nº de bolas, diámetro de la bola,

diámetro primitivo del rodamiento y ángulo de contacto.



Rodamientos de bolas

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Las fórmulas son las siguientes:

Frecuencias de fallo de reductores

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Teniendo un único eje la máquina es

bastante simple, pero ahora vamos a

añadir un reductor. El reductor en si

mismo genera nuevas frecuencias

debido al engrane entre los dientes,

pero más importante por ahora es el

hecho de que cambia la velocidad de

salida del eje.

El cálculo de la velocidad de salida consiste en

dividir el número de dientes del piñón de entrada

entre el número de dientes de la rueda de salida y

multiplicarlo por la velocidad del eje de entrada.

Si añadimos un reductor a nuestro compresor que

nos reduzca la velocidad de salida a la mitad, es

decir de 1000 a 500 CPM, tenemos dos

velocidades de eje, una a 1X y otra a 0.5X.



Frecuencias de fallo de reductores

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La frecuencia de paso de los álabes del ventilador del motor no ha cambiado porque la velocidad

del motor no ha cambiado y el ventilador está directamente acoplado al eje del motor.

La frecuencia de paso de álabes del compresor se ha reducido a la mitad.

Por eso nuestro espectro tendrá un pico a 1X a la frecuencia del motor, otro a 0.5X a la frecuencia

del compresor, otro a 8X la frecuencia de palas del ventilador del motor y otro a 6X a la frecuencia

de álabes del compresor.

Componentes de transmisión

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Fundamentos de VibraciónFrecuencias de Fallo III

Hay varios tipos de componentes para cambiar la velocidad (relación de transmisión) de la

máquina. Los dos más comunes son los reductores y las poleas.

En análisis de vibraciones se tiene que determinar el cociente de reducción en componentes tales

como reductores, poleas con correas o con cadenas, acoplamientos fluidos y otros tipos de

transmisión. Se puede hacer bien dividiendo las velocidades de entrada y salida (por ejemplo

usando una lámpara estroboscópica), bien usando la información física y calculando el cociente a

partir de ella.



Vuelta a las frecuencias de fallo de reductores

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Hay una frecuencia de fallo que es necesario calcular: la frecuencia de engrane. Se calcula

multiplicando el número de dientes por la velocidad del eje.

Vamos a ver un ejemplo. Tenemos 12 dientes en el eje de entrada y 24 en el de salida. Si la

velocidad de entrada es 1000 CPM entonces la frecuencia de engrane es 12000 CPM. La velocidad

de salida del reductor es 1000 x (12/24)=500 CPM. Luego la frecuencia de engrane es 500 x 24 =

12000 CPM.

Reductores multi-etapa

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En reductores multi-etapa la velocidad de salida se calcula teniendo en cuenta cada interacción

entre los engranajes, y la frecuencia de engrane se calcula de nuevo como el producto del número

de dientes por la velocidad del engrane, teniendo en cuenta los ejes intermedios.

Por lo general se podrán calcular las relaciones sin conocer el número de dientes, aunque a veces

se podrán hallar asumiendo que el número de dientes será un número primo y buscando picos de

alta frecuencia en el espectro.



Reductores multi-etapa

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Por ejemplo, tenemos un reductor que tiene 35 dientes en el engranaje de entrada y 13 en la

entrada del eje intermedio. El segundo engranaje del eje intermedio tiene 27 dientes, y finalmente el

piñón de salida tiene 15 dientes. En los primeros dos ejes la relación es de 2.692, por tanto el eje

intermedio gira a 2692 CPM. Por tanto la frecuencia de engrane en la primera etapa es de 35X. La

relación de la segunda etapa es de 1.8 y la relación total será por tanto 4.846. La velocidad de

salida será por tanto 4846 CPM. La frecuencia de engrane de la segunda etapa será 27x2.692 o

15x4.846, es decir, 72.69X (72690 CPM).

Transmisión por correas

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Las poleas con correas son muy comunes en la industria. Son usadas para transmitir energía y

movimiento y provocar un cambio en la velocidad.

El cálculo de una máquina conducida por poleas es tan directo como el de un reductor de una única

etapa. Determinas el diámetro de cada rueda de polea y calculas el cociente.



Juntándolas todas

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El ventilador de refrigeración del motor tiene 8 palas y el compresor 12. El reductor tiene en la

primera etapa 43 y 17 dientes. La segunda etapa tiene 34 y 19 dientes.

La velocidad del eje intermedio será 2.529X. Su frecuencia de engrane será 43X. La siguiente

etapa es 34/19 o 1.789X. Sin embargo, la entrada a esta etapa es 2.529X la velocidad del motor de

referencia, luego la velocidad de salida del eje del reductor será 2.529 x 1.789 = 4.524X. Con 34

dientes en el eje intermedio, la frecuencia de engrane es por tanto 34 x 1.789 = 60.826X.

Juntándolas todas

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Si consideramos las 8 palas del ventilador del motor y las 12 del compresor, las frecuencias de fallo

serán 8X y (12x4.524) 54.288X, respectivamente.

Nuestro espectro deberá alcanzar un rango de hasta 61 órdenes debido a la alta frecuencia de

engrane del eje intermedio.



Lecturas globales

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Fundamentos de VibraciónLecturas Globales

Las lecturas globales suelen derivar en un único número, que suele ser comparado con niveles de

referencia con el fin de determinar si la máquina está bien o no.

De hecho, desde hace tiempo se ha intentado hallar un número mágico que pueda ser usado de

una manera definitiva para decidir el estado de la máquina, pero de momento sin éxito. Hoy en día

la mayoría de los proveedores ofrecen una variedad de parámetros con los que se pueden realizar

tendencias. Algunos son tecnologías patentadas comercialmente y otras son normativa industrial

que ha sido usada durante muchos años.

El valor global es el valor RMS de la señal. Antes de que los analizadores de espectros fuesen

portátiles (colectores de datos), el valor global era el parámetro más comúnmente usado en

medición. Todavía hay mucha gente que compra sencillos medidores de valor global (vibrometros)

donde se visualizan y almacenan los valores globales. Es una guía útil. En general, cuando el

estado de la máquina empeora, el valor global (RMS) aumenta.

El valor global es generalmente calculado usando la vibración en el rango de frecuencia que va

desde 10 a 1000 Hz solamente. De esta manera, es posible que se use como referencia para

comparar.

En algunas aplicaciones el valor RMS no era relevante. En vez de eso, se utilizaba el valor pico, o

el valor pico a pico para describir el estado de la máquina. Esto es especialmente cierto para

máquinas con cojinetes, donde se utilizaba una medida en desplazamiento. EL valor RMS no dice

mucho acerca de la máquina ya que es más sensible a la mayor de las señales dominantes,

generalmente el pico a 1X. Es prácticamente imposible saber que está mal en la máquina y no es

muy sensible a los cambios en señales de baja amplitud. Es más una herramienta de detección que

de análisis.

Lecturas globales

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Fundamentos de VibraciónLecturas Globales

Durante muchos años ha habido parámetros escalares que han sido ideados para concentrarse en

datos a alta frecuencia, principalmente diseñados para dar una indicación del estado de los

rodamientos. Estos parámetros incluyen “spike energy”, SEE, HFD, Shock pulse y otros.

Hoy en día podemos obtener estos parámetros útiles para tendencias de varias maneras. Podemos

medir por un lado el valor global, y realizar las medidas de alta frecuencia en los apoyos y podemos

extraer parámetros del espectro (con programas de software) para alarmas y tendencias. Estos

parámetros incluyen el valor cresta (el valor pico dividido por el valor RMS), el nivel máximo en una

banda definida de usuario (más muchos otros factores calculados de la banda) y problemas de

severidad (calculados por el sistema experto).

En la mayoría de los casos estos parámetros se usan para centrarse sobre una máquina que pueda

tener un problema. Entonces ya se analiza el espectro, la onda y los parámetros disponibles con el

fin de determinar el estado de la máquina y la severidad del fallo si este existe.



Introducción al análisis de vibraciones

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Fundamentos de VibraciónUna introducción al análisis de vibraciones

Se tendrá que mirar el espectro y la onda para ver si indican cualquier tipo de desequilibrio,

desalineación, desgastes en palas o rodamientos, holguras, fallos eléctricos, fallos en engranajes y

otros muchos posibles problemas.

Básicamente hay 4 tipos de fallos, los cuales son los más comunes: desequilibrio, desalineación,

holguras y fallos en los apoyos. Para diagnosticar fallos en maquinaria se tendrán que estudiar los

espectros y las ondas. No sólo se buscarán los patrones clásicos en los espectros, sino que

también se mirarán los niveles para ver si son anormales.

Los espectros vienen en todas las formas y tamaños y a menos que tengas gran experiencia con

todas las máquinas que monitorizas, será más importante detectar un cambio en el nivel de

vibración, que examinar directamente los valores absolutos.


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Se podrán encontrar normas ISO que sirven de guía. Sin embargo una vez que tengas tu programa

funcionando, te encontrarás cómodo comparando medidas actuales con las antiguas o con otras

medidas tomadas en máquinas idénticas.




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Sobre todo se buscará un cambio en el nivel. Un cambio indica un problema de empeoramiento y

generalmente se comprobarán los niveles de vibración a lo largo del tiempo. Entonces se intentará

identificar la fuente de vibración que varía, ya que algunas partes del espectro no cambiarán nada.

Por ejemplo, si el pico a 1X (el pico que representa la velocidad de la máquina) aumenta con el

tiempo, mientras que el resto de niveles del espectro permanecen prácticamente iguales, la

máquina probablemente estará desequilibrada. Mientras que si un pico aparece a 4.9X y hay

armónicos, se puede esperar un fallo en algún rodamiento.


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Pero, ¿Qué pasaría si hubiese un pico alto a 4.9X con armónicos y el nivel de vibración no hubiese

cambiado en el tiempo? Parece un típico fallo en el apoyo, pero si la vibración no cambia…La

vibración puede venir de otra máquina, del proceso en si mismo, o de algún otro elemento rotativo.

Pero si compruebas que esta no cambia y piensas que no va a causar daño a la máquina, puedes

limitarte a dejarla funcionar.

La evidencia de un fallo en un rodamiento puede estar presente un año, pero sin empeorar la

situación, por lo que no es necesario llevar a cabo ninguna acción.

Hay varios tipos de comparaciones que se pueden hacer:

Se pueden comparar las medidas actuales con las antiguas para ver la variación de los niveles.




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Puedes comparar el espectro con la medida de otras máquinas idénticas. Esto puede servir de

referencia para saber que aspecto debería tener la vibración.

También puedes comparar los espectros entre ejes (axial,

radial y tangencial). Realizar una comparación entre ejespuede llevar a conclusiones muy reveladoras. Por ejemplo, si

tanto el eje vertical como el horizontal tienen amplitudes

significativas a la velocidad de la máquina (1X), es bastante

probable que sea un problema de desequilibrio.


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También puedes comparar las vibraciones entre diferentes localizaciones de la máquina. Para

diagnosticar desalineación compararemos los patrones de vibración (y de fase si es posible) a

ambos lados del acoplamiento.

El gráfico estándar a usar es un dibujo

comparativo donde los espectros

aparecen superpuestos.




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Algunos softwares permiten visualizar un gráfico

apilado verticalmente donde los espectros están

físicamente separamos.

Otro método muy usado es el gráfico en

cascada. Aquí se visualizan varios

espectros revelando patrones y

tendencias.



Las tendencias son muy útiles. La tendencia

más común muestra como varía el valor global

a lo largo del tiempo. También indicarán niveles

de alarma.

Algunos softwares te permiten realizar

tendencias de los niveles de amplitud a

determinadas frecuencias, para ver como

cambian estos niveles con el tiempo.

En otros programas puedes definir bandas de frecuencia específicas. Una banda se puede

extender desde 0.9X a 1.1X centrándose en problemas de desequilibrio. Otra banda podría

apunte de vibraciónes

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