sp stud 09 desalineamiento

7/24/2019 Sp Stud 09 Desalineamiento

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ANLISIS VIBRACIONAL EN EQUIPOS ROTATIVOS Y

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

CAPTULO IX

DESALINEAMIENTO


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ANLISIS VIBRACIONAL EN EQUIPOS ROTATIVOS Y

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

DESALINEAMIENTO

Introduccin .......................................................................................................... 9.5

Fundamentos del desalineamiento ....................................................................... 9.5

Influencia del acoplamiento .................................................................................. 9.8

Compensacin trmica por dilataciones ............................................................... 9.9

Desalineamiento entre engranajes ....................................................................... 9.9

Desalineamiento entre poleas .............................................................................. 9.10

Ejercicios .............................................................................................................. 9.11

Bibliografa ........................................................................................................... 9.11

Ejemplo ilustrativo ................................................................................................ 9.12

Anlisis de vibraciones del ejemplo ilustrativo ................................................ 9.14

Trabajos realizados ........................................................................................ 9.15

Recomendacin y prueba final ....................................................................... 9.16


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DESALINEAMIENTO - 9.5

DESALINEAMIENTO

INTRODUCCIN

La falta de alineamiento entre dos ejes acoplados causa fuerzas en los cojinetesque dependen de la precarga rotativa y de la rigidez del eje; Esta falla no es fcil desolucionar, porque para alinear correctamente un eje con otro se deben conocer lossiguientes factores; dilatacin trmica de los pedestales, tipos de cojinetes,especificaciones tcnicas del acoplamiento y las limitaciones fsicas del equipo paraalinear.

FUNDAMENTOS DEL DESALINEAMIENTO

Cuando hay desalineamiento angular, la vibracin axial tiene una frecuencia igual a1RPM (ver figura 9.1), considerando; un eje rgido y un pin del acoplamiento comoreferencia, observamos que; por cada giro del eje rgido, el eje flexible tiene un ciclode movimiento axial. El eje doblado o deflexionado vibra en forma similar que eldesalineamiento angular, ambas generan vibraciones axiales importantes.

Figura 9.1 Frecuencia de la Vibracin Axial a 1Xpor Desalineamiento Angular


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Cuando hay desalineamiento paralelo, la vibracin radial tiene una frecuencia iguala 2RPM (ver figura 9.2), considerando; uno de los ejes rgido y un pin delacoplamiento como referencia, observamos que; por cada giro del eje rgido, el eje

flexible tiene dos ciclos de movimiento radial, la orbita generada es del tipo bananay los ngulos de fase de las vibraciones radiales a 1RPM en los apoyos cercanos alacoplamiento son 180, s el desalineamiento es severo se producen tambinvibraciones a 3RPM. Las vibraciones radiales causadas por el desalineamiento,predominan en la direccin del desalineamiento, si el desalineamiento paralelo esvertical, entonces la vibracin producida ser en la direccin vertical.

Figura 9.2 Frecuencia de la Vibracin Radial a 2Xpor Desalineamiento Paralelo


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Hay muchas razones para que exista una condicin de desalineamiento, talescomo; falla en la cimentacin, esfuerzos en las tuberas, variaciones detemperaturas entre pedestales y falta de torque en las uniones empernadas de los

apoyos, estas condiciones deberan ser verificadas para asegurar un alineamientosatisfactorio. Esta vibracin indeseable causa desgaste; en los engranajes, en elacoplamiento y en los cojinetes.

Antes de proceder a alinear se debe observar lo siguiente:

Desacoplar e inspeccionar: cople, pernos, tuercas, bocinas, cubos y cambiar losque se encuentran deteriorados.

Verificar la perpendicularidad de los cubos con respecto al eje; No deben sermayores que 0.002 pulgadas TIR, corregir si fuera necesario.

Verificar la redondez de los cubos, principalmente en el rea de medicin (si seutilizan diales comparadores), no deben ser mayores que 0.002 pulgadas TIR,corregir si fuera necesario.

Verificar los juegos axiales tanto de la mquina motriz como de la maquinaaccionada, corregir si fuera necesario, comparar con el juego axial que puedeabsorber el acoplamiento y ajustar la distancia entre los cubos para evitar losesfuerzos axiales.

Instalar un dial en los sentidos horizontal y vertical del cubo (extremo del lado

del cople) de la maquina accionada y ajustar los pernos de las tuberas, si eldial vara en 0.001 pulgadas hay problemas de esfuerzos en las tuberas quedeben ser eliminados.

Cuando las lecturas de vibracin indican una condicin de desalineamiento y alverificar los ejes se comprueban que no hay desalineamiento entonces es posibleque la mquina esta siendo distorsionada y los cojinetes desalineados por montajeinapropiado de la mquina.

El eje deflexionado tambin presenta una segunda armnica (2RPM) en el espectrode frecuencias porque causa desalineamiento y estar en fase con la frecuencia

fundamental (1RPM). Si se observa desfase o cambio del ngulo de fase, entonces;hay soltura y no hay deflexin.

Las patas cojas tambin generan altos niveles de vibracin a 1RPM y 2RPM, quefcilmente se confunden con el desalineamiento y la distorsin, la mejor manera de


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identificar el problema es aflojando y ajustando las tuercas de los apoyos yobservando continuamente los niveles de vibracin. Ser necesario comprobar conun dial comparador que las patas de la mquina se encuentren en un plano, al

ajustar los pernos de las patas, los diales instalados en cada pata debern indicarla misma medida sino las patas no estn apoyadas en un plano y pueden causardistorsin y ser necesario calzar con laminas segn se requiera en la mquinamotriz como en la accionada.

INFLUENCIA DEL ACOPLAMIENTO

Los diversos tipos de acoplamientos flexibles estn diseados para absorberpequeos desalineamientos paralelos y angulares.

Estos acoplamientos necesitan estar siempre apropiadamente lubricados para que

trabajen bien, si falla la lubricacin el acoplamiento se puede trabar debido altorque que recibe y transmite, si esto sucede el desalineamiento que puede serinsignificante puede llegar a producir vibraciones excesivas.

Esta condicin se comprueba cuando no se repiten las lecturas de vibracin axial yngulo de fase en dos o tres arranques, porque el cople se traba en diferenteposicin en cada arranque.

Figura 9.3 Alineamiento en Fro con Compensacin Trmicapor Dilatacin de sus Apoyos


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COMPENSACIN TRMICA POR DILATACIONES

Para alinear mquinas que trabajan calientes, es necesario considerar que la

distribucin de temperaturas en los apoyos es exponencial (por ejemplo entre TA2 yTA1), entonces es necesario calcular integrando las dilataciones diferenciales decada apoyo, para desalinear en fro los ejes, lo estrictamente necesario para que encaliente trabajen alineados (ver figura 9.3).

DESALINEAMIENTO ENTRE ENGRANAJES

Si hay desalineamiento entre dos engranajes (ver figura 9.4), entonces el espectrode vibraciones presentar hasta tres armnicas de la frecuencia de engrane (GMF:# dientes x RPM) 1GMF, 2GMF y 3GMF.

Figura 9.4 Desalineamiento entre Diversos Tipos de Engranajes

Normalmente la primera armnica es la de mayor amplitud, pero si la segundaarmnica es mayor amplitud se debe sospechar de un problema de excesivo juego

entre dientes. Los engranajes desalineados indican que los dientes no encajanigualmente a travs de la lnea primitiva, notar que el desgaste es generalmentesobre la mitad del ancho del diente.


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Los engranajes pueden estar desalineados por las siguientes causas;

Cajas de engranajes con alojamientos de cojinetes desalineados.

Engranaje suelto con respecto al eje o cojinetes sueltos con respecto a susalojamientos.

La conicidad del eje no es la misma que la conicidad del agujero del engranaje.

DESALINEAMIENTO ENTRE POLEAS

El desalineamiento entre dos poleas o catalinas que utilizan fajas en V o cadenas,causan no solamente altas vibraciones axiales y radiales, sino tambin provocan unacelerado desgaste de poleas, cadenas, catalinas y fajas en V.


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EJERCICIOS

1. Cul ser el espectro de frecuencias esperado de un tren de engranajes

desalineado, si el engranaje gira a 1760 RPM y tiene 55 dientes?.2. Cuales son las caractersticas de vibracin de una mquina que tiene el

acoplamiento trabado por falta de lubricacin?

BIBLIOGRAFA

1. Jack N. Essinger, A Closer Look at Turbomachinery Alignment Shell ChemicalCo., Houston; Hydrocarbon Processing, Gulf Publishing Co.; 1974.

2. John D. Piotrowski; Alignment Condition and its Effect on the Vibration

Response of Rotating Machinery, General Electric Co. Evendale, Ohio;Vibrations Vol. 1, No. 4, March 1996; Vibration Institute.


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EJEMPLO ILUSTRATIVO

El motor elctrico de induccin de un soplador, equipo principal de una Refinera

(ver figura 9.5), present amplitudes de vibracin no constantes que llegaron avalores fuera del rango admisible segn el estndar VDI 2056 (Clase III, ver tabla9.2).

Figura 9.5 Puntos de Tomas Vibracionales y Juegos AxialesRecomendados para el Soplador, Cople y Motor

El espectro tpico que presentaba el motor de induccin de 715 Kw. de potencia,4160 V, 114 A y que trabaja a 3593 RPM, es tal como se muestra en la figura 9.6 y

en la tabla 9.1. En ella se observa mltiples armnicas de RPM/4 (898 CPM) y lasamplitudes ms importantes corresponden a 1RPM y 2RPM (3593 CPM y 7185CPM), el motor de induccin y el soplador tienen cojinetes de friccin.

SOPLADOR: 0.2 +/- 0.05 mm

COPLE: 1.5 +/- 0.5 mm

MOTOR: +/- 3.5 mm


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Figura 9.6 Espectro de Frecuencias del Motor Lado del Cople en el Sentido Vertical

Diagnostic Chart

FrequencyCPM

Amplitudemm/sec

FrequencyRatio

FrequencyDifference

898 0.243 0

1 1796 0.923 2.004 898

2 2693 2.201 3.004 1796

3 3593 6.757 4.008 2696

4 4489 1.041 5.008 3593

5 5389 0.650 6.013 4493

6 6285 0.588 7.013 5389

7 7185 5.769 8.017 6289

8 8081 1.975 9.017 7185

9 8978 1.476 10.017 8081

10 9878 0.880 11.021 8981

Tabla 9.1 Tabulacin de Amplitudes y Frecuencias del Espectro de la Figura 9.6

Los analistas de vibracin de la planta diagnosticaron que la falla principal era eldesalineamiento, esta unidad fue alineada por diferentes tcnicos propios ycontratados en varias ocasiones y con diversos mtodos, sin lograr disminuir las


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vibraciones. El gerente de planta de esta compaa solicit mis servicios paradeterminar la fuente de las vibraciones y eliminar el problema.

Tabla 9.2 Tabla de Severidad de Vibraciones Estndar VDI 2056

ANLISIS DE VIBRACIONES DEL EJEMPLO ILUSTRATIVO

El espectro de frecuencias mostrado en la figura 9.6 y tabulado en la tabla 9.1, nosindican las siguientes probables fallas:

1. Las mltiples armnicas de RPM/4 (898 CPM), nos indican que hay excesivatolerancia entre el eje y uno de los cojinetes de friccin.

2. Las vibraciones filtradas con las amplitudes ms importantes que correspondena 1RPM y 2RPM (3593 CPM y 7185 CPM), nos indican desalineamiento; pero

rms velocityranges ofvibrationseverity

Vibration severity* for separate classes ofmachines

mm/seg Class I Class II Class III Class IV0.19

AA

AA

0.450.711.12

B1.8

B2.8

C B4.5

C B7.1

D C11.2 D C18 D28

D45

*The letters A, B, C, and D represent machine vibration quality grades, ranging from good (A) tounacceptable (D).

Class I. Individual components, integrally connected with the complete machine in its normaloperating conditions (i.e., electric motors up to 15 kilowatts, 20 HP).

Class II. Medium sized machines (i.e. 15- to 75-kilowatt electric motors and 300-kilowattengines on special foundations).

Class III. Large prime movers mounted on heavy, rigid foundations.

Class IV. Large prime movers mounted on relatively soft, lightweight structures.


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ya se ha tratado de alinear la unidad en varias oportunidades sin logrardisminuir las vibraciones en el motor de induccin ni en el soplador.

3. Las vibraciones no constantes que varan an sin existir cambios significativosen las condiciones operativas, nos indican que la unidad trabaja en unasituacin inestable.

4. Al comparar las tomas vibracionales tomadas en el mismo punto; espectro conaltas amplitudes versus espectro con bajas amplitudes, se observa que lasamplitudes filtradas que varan son a 1xRPM (3,583) y a 2xRPM (7,166), debidoa la variacin del desalineamiento.

Figura 9.7 ngulos de Fase a 1RPM en el Sentido Vertical

TRABAJOS REALIZADOS

1. Medicin de las temperaturas de los apoyos y calculo de las dilataciones de lospedestales, los del soplador se dilatan 0.006 pulgadas y los del motor 0.004pulgadas; o sea que, en fro el eje del soplador debe estar por debajo del eje delmotor en 0.002 pulgadas.

2. La medicin de los ngulos de fase de las vibraciones filtradas a 1RPM, en elsentido vertical (ver figura 9.7) nos indica desalineamiento angular entre elmotor y en soplador.


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3. La unidad se encontr ligeramente desalineada, an considerando lacompensacin trmica.

4. Inspeccin de los cojinetes de friccin, se hall un cojinete del sopladordesgastado, el cual fue cambiado por uno nuevo.

5. Como el alineamiento estaba bien, sospech que el problema de vibracionesdebidas al desalineamiento podra estar en el acoplamiento, al conseguir la hojatcnica del acoplamiento encontr lo siguiente:

El acoplamiento (Tipo N, tamao 231) no fue correctamente seleccionado,porque su desalineamiento permisible es muy bajo para la potencia y lavelocidad de trabajo requerida (ver figura 9.8 y 9.9):

En el sentido radial r = 0.075 mm (0.003 pulgadas)

En el sentido axial b = 0.25 mm (0.010 pulgadas)

CONSIDERANDO QUE:

Las tolerancias de los juegos radiales de los cojinetes del motor y del sopladorvaran de 0.10 a 0.30 mm (0.004 a 0.012 pulgadas).

La diferencia de dilataciones de los pedestales del soplador y del motor es0.002 pulgadas.

Entonces; el acoplamiento trabajaba siempre fuera de su rango de desalineamientopermisible en el sentido radial. Esta es la razn por la cual nunca podan bajar lasvibraciones por desalineamiento y este acoplamiento siempre trabaj en unasituacin quasi rgida e inestable.

RECOMENDACIN Y PRUEBA FINAL

Seleccionar un nuevo acoplamiento de ms de 1,430 Kw. de potencia de cople, quetolere un juego axial mximo de +/-1.0mm, un juego axial mnimo de +/-0.5 mm yque absorba niveles de desalineamiento de hasta 0.5mm (0.020 pulgadas).

Al cambiar el cople por otro que permita mayor desalineamiento, las vibracionesfiltradas a 1RPM y 2RPM disminuyeron significativamente y no se observvariaciones aleatorias de las amplitudes de vibracin en el tiempo.


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Figura 9.8 Hoja Tcnica de Seleccin del Cople


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Figura 9.9 Desalineamiento Permisible para el Cople Tipo N, Tamao 231que trabaja a 3550 RPM y con un Factor de Carga K=1.64

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