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7/24/2019 plantas de proceso.pdf

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MEDICION Y ANALISIS DE

VIBRACIONES

Prof. Sergio E. Diaz ([email protected])

Laboratorio de Dinamica de Maquinas

Universidad Simon Bolivar

http://www.ldm.laba.usb.ve

Especializacin en Confiabilidad Operacional

Universidad Simon Bolivar, Octubre 2001

Medicin y Anlisis

de Vibraciones

Procesos de Deterioro I:

Prof. Sergio E. DiazLaboratorio de Dinmica de Mquinas


(212) 906 4136

[email protected]

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

NEGOCIO(generacin de riqueza y bienestar)

Deterioro de su Condicin:

degradacin qumica y/o mecnica

que afecta su operatividad

PRODUCCION de Bienes y/o Servicios

OPERACION de plantas y/o equipos

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Deterioro de la Condicin de Equipos-Estticos

-Dinmicos

ES CUANTIFICABLE!!!!!!

Proceso Gradual Progresivo demodificacin de las condiciones de operacin


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VIBRACIONES





MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Monitoreo de la Condicin

Medicin sistemticade variables asociadas e

indicativas de la condicin del equipo:

Niveles de Vibracin

T emp er atura

Espesores de Pared

Contaminacin de fluidos

Propiedades del lubricante

etc.

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Monitoreo Sistemtico de la Condicin

Confiabilidad Operacional

Registro Histrico de la Condicin del Equipo

Identificacin de Tendencias

No Hay Sorpresas

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Mecanismos de Deterioro

Variables Asociadas o Indicadoras


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VIBRACIONES





MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Mecanismos de Deterioro

Desgaste o Modificacin dimensional

Erosin o prdida de material

Degradacin qumica o mecnica, prdida de propiedades

(fatiga, reaccin qumica, corrosin, envejecimiento)

Acumulacin de sedimentos o intrusiones

Problemas de operacin

otros

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Variables Asociadas e Indicadores

Vibracin

Temperatura

Propiedades de Aceites

Espesores de Pared

Presencia de contaminantes

Resistencia Elctrica

Parmetros operativos (presiones de entrada, salida e

intermedias, caudal o flujo, velocidad, calidad del producto

final)

RuidoOtras.

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Tcnicas de Monitoreo

Anlisis de vibraciones

Anlisis Tribolgico o de aceites

Termografa

UltrasonidoLiquido penetrante

Resistencia Elctrica

Flujo Magntico, corriente

Anlisis visual (boroscopio)

Registro de Variables de proceso

Otras.


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VIBRACIONES





MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES


Ninguna proporciona la verdad absoluta

Ninguna es completa por si sola

Es necesario combinarlas eficientemente para asegurar

una determinacin confiable de la c ondicin.

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES


Todas permiten cuantificar de alguna manera la

condicin del equipo

Es posible establecer niveles y patrones (n umricos)

aceptables o normales de funcionamiento

Permiten fijar niveles de alarma basados en

especificaciones del fabricante, normas y/o experiencia

previa

Por anlisis de tendencias es posible predecir el

comportamiento futuro y la posibilidad de una falla dentro

de ciertos rangos de confiabilidad.

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Identificacin de Procesos de Deterioro

ms comunes

Planta

Equipos Dinmicos Equipos estticos Instrumentation

Turbomaquinas Bombas Valvulas tuberias

rbol Lgico de Falla


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VIBRACIONES





MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Medicin y Anlisis de Vibraciones

Permite cuantificar el deterioro o la condicin de equipos

dinmicos

Permite discernir entre diferentes causas de problemas

Permite establecer la severidad

Permite, por medio del establecimiento de tendencias,

predecir posibles fallas.

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Medicin y Anlisis de Vibraciones

Por que vibran las maquinas?

Qu caractersticas diferencian su comportamiento?

Como puede medirse y analizarse la vibracin de una

maquina?

Como puede relacionarse la vibracin medida con la

condicin de los componentes de la maquina?

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Causas de Vibracin

Desbalanceo

Eje doblado

Desalineacin

Inestabilidad hidrodinmica (en cojinetes, sellos o rodetes)Desgaste o daos en elementos tribologicos (rodamientos,

engranajes, cojinetes, acoplamientos)

Roce entre partes en rotaciony estacionarias

Holgura mecanica excesiva

Apriete inadecuado

Resonancias estructurales

Grietas en los rotores


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VIBRACIONES





MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

VIBRACION

Ejemplo:Pndulo

Generalmente se transforma energa

potencial en energa cintica.

Se rigen bajo la ecuacin:

MX'' + CX' + KX = F(t)

Es un movimiento oscilatorio que puede

o no ser peridico (ocupa la misma posicin

en un mismo tiempo).

ACUMULADORES DE ENERGIA

A) Energa Cintica

-Masa

-Volantes inercia

Partcula

Cuerpo rgido

B) Energa Potencial

-Resorte

-Masa

-Elementos elsticos

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Algunos sistemas pueden utilizar mtodos de anlisis

que puedan llevarlos a ser lineales siendo originalmente

no-lineales , pero muchos otros tendrn que ser analizados

en forma no-lineal

NOTA:

M

K

xxPIRPEE

Anlisis de la ecuacin:

La respuesta es de la forma:

X(t) = Xh(t) + Xp(t)

M X(t)'' + C X(t)' + K X(t) = F(t)

... Xh Respuesta Homognea

... Xp Respuesta Particular

* Amplitud RMS est relacionada con la energa

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DE VIBRACIONES


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VIBRACIONES





0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 1 2 3 4 5 6

t

X

Amplitud Cero-Pico

OFFSET

T = 1/f

Amplitud Pico-Pico

XoPEE

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

CONCEPTOS BASICOS DE VIBRACIONES:

F(t)

Peridicas

No peridicas

Armnica simple

Armnica compuesta

)sen()(0

+= tFtF

)sen()sen()( 222111 +++= tFtFtF

Las funciones peridicas pueden representarse

utilizando series de Fourier.

NOTA

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DE VIBRACIONES

ti

p eDttBtAtX

=+=+= )sen()cos()sen()(

K ... FACTOR DE AMPLIFICACION DINAMICO

( ) ( )222

0

21

1

)sen(!)(

rr

tk

FtXp

+

=

+=

)sen(''' 0 tFkXCXXM =++


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VIBRACIONES





n

r

=

=

2

1

1

2

r

rtan

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DE VIBRACIONES

RETRASO DE FASE

Mk

C

=

2

k

Fo

=

MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

FRECUENCIAS

M

kn =

21 = nd

221 = nc

( ) 10011100 2 ==

n

dnError

FRECUENCIA NATURAL

FRECUENCIA AMORTIGUADA

FRECUENCIA CRITICA

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DE VIBRACIONES

MEDICION DE LA FRECUENCIA NATURAL

Xo

Tr

( ) ( )222

0

21

1

)sen(!)(

rr

tk

FtXp

+

=

+=

Fo/ k

Fo/ k

La n no puede ser determinada experimentalmente, ya que no existe sistema

real que no presente amortiguacion en lo absoluto. Para determinarn es nece-

sario determinard o critico empleando las ecuaciones anteriores.


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VIBRACIONES





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DE VIBRACIONES

SISTEMAS DE MULTIPLES GRADOS DE LIBERTAD

n ... Nmero de grados de libertad

Mnxn{x''}n+ Cnxn{x'}n+ Knxn{x}n= {F(t)}n

{x} = {} e it

[M]{x''}+[K]{x} = {F(t)} - [C]{x'}

Por analoga {x(t)} = {xh(t)} + {xp(t)}

Solucin homognea: {xh(t)} = {X} eit {xh'(t)} = i{X} e

it

{xh''(t)} = -2{X} e it

[-2 M +K]{X} e it = {0}

F(t)

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DE VIBRACIONES

Solucin particular:

F(t) = {F}e it M{x''}+ C{x'}+ K{x} = {F}e it

[-2 M+i C + K]{X}e it = {F}e it {X} = [-2 M+i C + K]-1{F}

x

c2c1

bi1p1

bi2p2

xi(t) = bi1p1 + bi2p2 + ... +binpn

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DE VIBRACIONES

MEDICION DE LA VIBRACION


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VIBRACIONES





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DE VIBRACIONES

Sistemas Analizados

PASIVOS

ACTIVOS

No necesitan un excitador

Para vibrar necesitan ser excitados

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DE VIBRACIONES

X

LVDT (Linear Voltage Displacement Transducer)

Ncleo Ferromagntico

Vs

Vo

(AC)

Bobina PrimariaBobina secundaria

Rango lineal

x

Mide el desplazamiento absoluto ya que la carcasa seencuentra fija a tierra

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DE VIBRACIONES

Transductor de proximidad de reluctancia variable

x

Vs

Material Ferromagntico


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VIBRACIONES





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DE VIBRACIONES

Transductor de Resistencia Variable

Vs

L

x

VoL

xVs =

Vo

Rm

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DE VIBRACIONES

Corrientes de Eddy (Sensor de proximidad)

Condicionador10-100MHz

V

d

ProbetaV

d

Rango de operacin

No necesitan contacto fsico y por ello son muy utilizados

en la medicin de vibraciones en ejes

Material Ferromagntico

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DE VIBRACIONES

M

C K

y

s

Transductores Ssmicos: Sismgrafo

X

Entrada * F.T. = Salida


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VIBRACIONES





M

Vibrmetros

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DE VIBRACIONES

Masa Ssmica

(Imn Permanente)

X

Vs

No necesitan amplificador

Son de gran tamao

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DE VIBRACIONES

Acelermetros

M

Masa Ssmica

Cristal

Piezoelctrico

Vs, q

Necesitan amplificador

Son pequeos

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DE VIBRACIONES

Criterios de Aplicabilidad

Acelermetro

Vibrmetro

Proximitor

1 Hz 10 KHz 30 KHz


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VIBRACIONES





MEDICION Y ANALISIS

DE VIBRACIONES

Celdas de Carga

Cristal

Piezoelctrico

Vs, q

Este tipo de instrumento NO sirve para

realizar mediciones de seales estticas.

F

F

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DE VIBRACIONES

Instrumentos Para Generar Excitacin

Inerciales:

F=Fo*sen(t)

La fuerza se produce por eldesbalance.

Los dos discos deben estaracoplados para rotar a lamisma velocidad.

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DE VIBRACIONES

Shaker Electromagntico

F=Fo*sen(t)

La fuerza se produce por

variacin del campo magnticoMucho ms verstiles que

los inerciales

V2

V1


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DE VIBRACIONES

Martillo de Impacto

Celda de Carga

N

Las frecuencias excitadasdependen del tipo de impacto

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Montaje de Sensores

... ApernadoTornillo

... Cera de abejaCera

... Epoxy

Base con tornillo

Epoxy

(2000 Hz)

(1500 Hz)

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... Cinta AdhesivaCinta

Imn

Punta

... Base Magntica

... Jinete

(1000 Hz)

(500 Hz)

(300 Hz)

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