tecnicas para analizar rodajes.pdf
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UNIVERSIDAD DE MAGALLANES
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE MECANICA
PUNTA ARENAS
TECNICAS DE DIAGNOSTICOS DE DAOS
INCIPIENTES EN RODAMIENTOS.
Profesor Gua:
Sr. Hctor Aguila Estrada
ALEX JORGE ALVAREZ RAMIREZ
2005
Trabajo de titulacin presentado en conformidad a los requisitos para obtener el
Titulo de Ingeniero Ejecucin en Mecnica.
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RESUMEN.
El presente trabajo de titulacin ha sido desarrollado con un claro propsito: el
configurar la tcnica para el anlisis de fallas incipientes en rodamientos,
conocida como Peakvue.
Pero, para poder desarrollar de una buena forma este propsito, no solo se
limito a verificar esta tcnica, sino que adems se estudiaron las otras tcnicas
que se encuentran en el mercado para el control de este tipo de fallas. Aqu
tambin se encuentra un detalle de los desperfectos ms comunes en los
rodamientos.
El propsito de la configuracin fue dado por la Empresa Nacional del Petrleo
ENAP, por intermedio de su seccin de Mantenimiento Predictivo, los cuales
cuentan el software de vibraciones y con la tcnica del Peakvue. Por lo que se
hace necesario un estudio y la configuracin de la tcnica.
Aqu se encontrara todo lo necesario para cumplir con dicho propsito como as
tambin los argumentos necesarios para poder entender el por que se estudia
tanto el tema del monitoreo de los rodamientos, elementos tan importantes
dentro del buen funcionamiento de una maquina.
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INDICE. CAPITULO 1 Generalidades de la obra 1.1 Introduccin...............................................................................................1
1.3 Objetivos. .................................................................................................2
1.3.1 Objetivo general........................................................................................2
1.3.2 Objetivos especficos................................................................................2
1.4 Alcance de la obra....................................................................................2
CAPITULO 2 Estudio de las causas races de las fallas en los rodamientos. 2.1 Introduccin al estudio de las causas races de fallas en
rodamientos...................................................................................4
2.2 Estadstica de falla de los rodamientos segn los fabricantes.................4
2.2.1 Falla por contaminacin............................................................................6
2.2.2 Falla por problemas de lubricacin...........................................................6
2.2.3 Falla por montaje incorrecto......................................................................7
2.3 Frecuencia de falla de los rodamientos....................................................8
2.4 Cuatro etapas de una falla en rodamiento (deterioro progresivo)..........10
CAPITULO 3 Caracterizacin de fallas tpicas en rodamientos. 3.1 Introduccin a la caracterizacin de fallas tpicas en
rodamientos.............................................................................14
3.2 Principales deterioros de los rodamientos..............................................14
3.2.1 Exfoliacion por fatiga...............................................................................14
3.2.2 Exfoliacion superficial..............................................................................15
3.2.3 Agripado..................................................................................................16
3.2.4 Huellas por deformacin.........................................................................17
3.2.5 Falso efecto Brinell (abrasin)................................................................18
3.2.6 Desgaste.................................................................................................19
3.2.7 Crteres y estras....................................................................................20
3.2.8 Golpes, fisuras y rupturas.......................................................................21
3.2.9 Corrosin por contacto............................................................................22
3.2.10 Corrosin.................................................................................................23
3.2.11 Deterioros en las jaulas...........................................................................24
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3.2.12 Verdadero efecto Brinell..........................................................................25
3.2.13 Sobrecarga excesiva...............................................................................26
3.2.14 Resumen de las posibles fallas en los rodamientos...............................27
Capitulo 4 Tcnicas de anlisis para detectar fallas en rodamientos 4.1 Introduccin a las tcnicas de anlisis para detectar fallas
en rodamientos....................................................................................28
4.2 Seales moduladas.................................................................................28
4.3 Anlisis con zoom real............................................................................30
4.4 Mtodo de demodulacin........................................................................31
4.5 Mtodo Ceptrum.....................................................................................33
4.5.1 Algunas ventajas del ceptrum frente al anlisis espectral......................35
4.6 Mtodo del factor de cresta....................................................................36
Capitulo 5 Peakvue. 5.1 Introduccin al Peakvue..........................................................................38
5.2 La actualidad del mantenimiento Predictivo............................................38
5.3 Descripcin de la tcnica Peakvue.........................................................39
5.4 Utilizacin de filtros pasa altos................................................................41
5.5 Calculo de la frecuencia mxima de muestreo.......................................44
5.6 Configuracin del Peakvue en el software de anlisis............................45
5.6.1 Creacin del punto de Peakvue en la maquina elegida..........................45
5.6.2 Configuracin del parmetro de adquisicin...........................................50
5.6.3 Configuracin de los lmites de alarmas.................................................53
5.7 Aspectos importantes de tener en cuenta en el trabajo con Peakvue....55
CAPITULO 6 Anlisis experimental. 6.1 Introduccin al capitulo57
6.2 Descripcin de la experiencia realizada en el banco de pruebas57
6.3 Descripcin de herramientas y equipos utilizado en la experiencia58
6.4 Muestra y Anlisis de los datos obtenidos...62
6.5 Anlisis comparativo entre Peakvue y otras tcnicas en funcin a
variables como velocidad, cantidad de dao y carga.67
6.5.1 Anlisis de las tcnicas de deteccin de fallas en rodamientos
en funcin a la velocidad.68
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6.5.2 Anlisis de las tcnicas de deteccin de fallas en rodamiento en
funcin a la cantidad de dao77
6.5.3 Variacin de la cantidad de la carga sobre los soportes...83
6.6 Implementacin en casos reales...83
6.6.1 Espectro de una bomba con desperfectos incipientes en uno de sus
Rodamientos.83
6.6.2 Importancia de la buena ubicacin del sensor para efectuar
una muestra..85
6.6.3 Nota de la implementacin de Peakvue en casos reales..87
6.7 Espectros aportados por otros analistas.88
CAPITULO 7 Discusiones y conclusiones. 7.1 Conclusiones.90
7.2 Conclusiones de variar la velocidad..90
7.3 Conclusin de variar la cantidad de dao...92
7.4 Ventajas de trabajar con Peakvue.92
7.5 Desventajas del trabajo con Peakvue..93
ANEXOS Anexo 1. Configuracin del Peakvue..94 Anexo 2. Apunte de falla en maquinas.100 Anexo 3. Tipos de rodamientos110 Anexo 4. Vida til de los rodamientos.115 Anexo 5. Tipos de mantenimiento....118 Anexo 6. Tipo de fijacin del sensor119
Referencias121
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CAPITULO 1
GENERALIDADES DE LA OBRA
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1.1 INTRODUCCION.
Dado que los rodamientos siempre estn expuestos a un gran desgaste,
contaminacin y a un mal montaje, se considera importante abordar el tema en
este trabajo. Ms aun si se toma en cuenta que, en un tren de produccin la
detencin de una maquina puede provocar grandes prdidas a una empresa,
entonces, anteponerse a este tipo de problemas es de real importancia, tanto
para la confiabilidad de la planta, como para los costos asignados a una
detencin imprevista del tren de produccin.
Los rodamientos siempre estn siendo controlados por su importancia en la
maquina, es por esto que se han desarrollado varias tcnicas para controlar su
estado, pero sin duda la ms ampliamente desarrollada por su exactitud en el
control de daos en rodamientos es el anlisis de vibraciones.
Este trabajo toca en profundidad una de las tcnicas que se utiliza hoy en da
para el control de los rodamientos, comparndola en todo momento con otras
que tambin trabajan en este propsito. Esto no es precisamente desmerecer
las otras tcnicas en mencin a la que se estudia en profundidad y que se esta
tratando de implementar, pero se hace necesario conocer las bondades y
falencias de esta tcnica a implementar respecto a otras que trabajan en la
misma rea.
La tcnica escogida para el desarrollo del tema es el Peakvue, y uno de los
objetivos de este trabajo es poner en marcha esta tcnica para el control
incipiente de fallas en rodamientos.
En el transcurso de esta obra se estudiaran en detalle algunas de las tcnicas
que se utilizan para el control de fallas incipientes en los rodamientos, as
como tambin una muestra de los desastres que provoca un descuido en las
condiciones de operacin de estos elementos de maquina.
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Por ultimo, en esta tesis se tocan otros aspectos de importancia, como los
clculos para la configuracin de la tcnica utilizada, entre otros temas para el
buen funcionamiento de la misma.
1.2 OBJETIVOS.
1.2.1 Objetivo general.
Conocer y evaluar las tcnicas que se pueden manejar con el colector CSI 2120, para analizar incipientemente daos en rodamientos.
Aportar los conocimientos necesarios para la implementacin de Peakvue como herramienta en el control de fallas incipientes en
rodamientos.
Estudiar la efectividad de la tcnica Peakvue en el anlisis y diagnostico de daos en rodamientos.
1.2.2 Objetivos especficos.
Estudiar cuales son las fallas caractersticas de los rodamientos. Dar a conocer las tcnicas de vibracin que se utilizan hoy en da en la
industria para el control de fallas incipientes en rodamientos.
Comparar la tcnica que se desea implementar (Peakvue), con las otras existentes en el colector CSI 2110.
1.3 ALCANCE DE LA OBRA.
Como ya se ha explicado anteriormente en este mismo capitulo, este texto
tiene la finalidad de implementar la tcnica Peakvue para el control de fallas
incipientes en rodamientos.
Como es sabido, una falla en los rodamientos puede tener una accin
catastrfica en la maquina a la cual pertenece. Debido a esto, es que, el control
desde una etapa bastante incipiente del problema, es sumamente importante.
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Ms aun si los rodamientos pertenecen a las denominadas maquinas crticas
del circuito productivo.
Lo que se pretende conseguir al finalizar este trabajo es facilitar los
conocimientos necesarios para ser capaz de implementar la tcnica del
Peakvue, conociendo adems, sus ventajas y sus desventajas con respecto a
las otras tcnicas que se dedican a la bsqueda de fallas incipientes.
Por otro lado, con este trabajo de titulacin, se aspira a aportar los
conocimientos necesarios para implementar la tcnica del Peakvue y para el
anlisis posterior de los resultados obtenidos.
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CAPITULO 2
ESTUDIO DE LAS CAUSAS RAICES DE LAS
FALLAS EN RODAMIENTOS
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2.1 INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LAS CAUSAS RAICES DE LAS FALLAS EN LOS RODAMIENTOS
Este capitulo es importante porque comprende un estudio realizado a los
rodamientos y las causas races que son las responsables de las fallas de los
rodamientos. Adems se encuentran los potenciales casos de falla.
Las causas races no son las detectadas por las tcnicas de diagnstico, estas
tcnicas detectan los efectos de las causas races que, para este estudio, se
quiere detectar en una etapa incipiente para otorgar el tiempo suficiente al
mantenimiento para programar la detencin de la maquina.
Estos datos que son aportados por las empresas fabricantes de rodamientos,
son bastante asertivos.
Aqu se presentan algunos ejemplos de rodamientos daados, identificndolos
con las fallas que produjo dicho dao.
Antes de dar el paso a este capitulo, es importante mencionar que tambin se
ha incluido en l la evolucin que tienen las fallas incipientes de los
rodamientos, como as tambin se exponen las frecuencias de fallas
caractersticas para los rodamientos.
2.2 ESTADSTICAS DE FALLAS DE RODAMIENTOS SEGN LOS
FABRICANTES.
La importancia que tienen los rodamientos en la industria hoy en da es
altsima, una falla catastrfica en ellos fuera de los tiempos pronosticados de
vida til y provoca, inevitablemente, una prdida de produccin. Por ende se
producen dos gastos: la perdida de produccin y el gasto propiamente tal de
reparacin del equipo daado.
Por eso, detectar el estado de los rodamientos y preveer las fallas en un
estado incipiente, otorga el tiempo para programar su reparacin, incluso
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esto se puede hacer coincidir con los periodos de baja produccin
minimizando aun mas las perdidas. Al comparar esta situacin casi ideal
versus una parada imprevista y la perdida de produccin asociada a esta, es
que resulta rentable para la industria actual, invertir en este tipo de estudios.
Respecto a la bsqueda de los problemas que afectan a los rodamientos,
estadsticamente se puede decir que, el porcentaje de rodamientos que vienen
daados de fbrica es muy bajo, debido a los sistemas de control de calidad de
los fabricantes. Por lo que una falla de fbrica, si bien es posible, es poco
probable. Es por eso que, la gran fuente de fallas de los rodamientos radica en
otras condiciones que se pretenden exponer a continuacin.
La estadstica mostrada en la figura 2.1 es para rodamientos de todas las
marcas que fueron analizadas por el centro tcnico de NSK (fabricantes de
rodamientos) en Ann Arbor, Michigan en los Estados Unidos. Se puede ver
que, la gran mayora de los rodamientos no llegan a su vida til calculada. La
vida til del rodamiento es afectada por muchos factores externos. Por lo tanto,
se deben de tener estos factores en mente y estudiar maneras de reducir sus
efectos a los rodamientos. De esta manera, la vida del rodamiento aumentar,
reduciendo as los costos de la empresa.
Fig. 2.1 Estadstica de fallas en rodamientos (Datos aportados por NSK)
Como se aprecia estadsticamente (segn NSK), se puede hablar de tres
grupos de factores que hacen que el rodamiento no llegue a su vida til
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calculada, los efectos visuales que deja la falla en los rodamientos es lo se
aprecia en las imgenes siguientes.
2.2.1 Falla por contaminacin (50%):
En este grupo encuentran desde contaminaciones lquidas, como por ejemplo
presencia de agua en lubricante del rodamiento, hasta contaminaciones
slidas, como partculas metlicas que son arrastradas por el lubricante al
interior del rodamiento. En la figura 2.2 se aprecia las abolladuras en la pista
interna de un rodamiento de rodillos cnicos.
Fig. 2.2 Problema de contaminacin adentro del rodamiento.
2.2.2 Falla por problemas de lubricacin (30%):
Este tipo de problemas, generalmente ocurre cuando la grasa con la que se
lubrica es demasiado dura para la aplicacin, aunque tambin existen otras,
como una lubricacin pobre o simplemente una no lubricacin. En la figura 2.3
se observan las marcas en la pista interna de un rodamiento de rodillos
cnicos.
Fig. 2.3 Problema de lubricacin inicial inadecuada y grasa
excesivamente dura.
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Fig. 2.4 Lubricacin inicial inadecuada y grasa excesivamente dura.
En la figura 2.4 se puede apreciar las ralladuras en las pistas producto de una
lubricacin inadecuada y grasa excesivamente dura.
Fig. 2.5 Lubricacin inicial inadecuada y grasa excesivamente dura.
2.2.3 Falla por montaje incorrecto y otros (17%):
En este grupo, segn el estudio realizado por especialistas de NSK, se agruparon todas las dems anomalas que afectan el normal funcionamiento
del rodamiento. Aspectos como un mal montaje; maltrato del rodamiento, tanto
en el transporte como en el almacenamiento y mal ajuste del rodamiento en su
alojamiento, son los mas frecuentes de encontrar. En las siguientes imgenes
de aprecia las practicas inequvocas y sus resultados.
Fig., 2.6 Grafica de un mal montaje, en el que el rodamiento entra apretado en el eje, por lo que los elementos estampan su forma en las pistas.
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Fig. 2.7 Problema de montaje incorrecto (montaje en el eje aplicando presin al aro externo)
Fig. 2.8 Problema de impacto por cada del rodamiento antes de ser utilizado
2.3 FRECUENCIA CARACTERISTICA DE FALLAS EN LOS RODAMIENTOS.
Los rodamientos, como se puede entender a estas altura, tienen muchos usos
en la maquinaria moderna, se los puede encontrar en motores, turbinas a gas,
bombas y otras gran cantidad de maquinas.
En adelante se visualizaran los deterioros a los que estn expuestos los
rodamientos, pero para identificar estos en el espectro y realizar un buen
anlisis, es que se identifican las frecuencias caractersticas de falla para cada
rodamiento.
Cada elemento (pieza) del rodamiento, posee una frecuencia caracterstica de
falla segn sean sus caractersticas dinmicas. En todos los casos los
rodamientos estn compuestos por cuatro elementos: la pista interna, los
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elementos rodantes, la jaula y la pista externa. Cada una con su propia
frecuencia caracterstica de falla asignada.
Las frecuencias caractersticas de fallas, no son ms que una forma de
identificar donde se encuentra localizada la falla en el interior del rodamiento.
La siguiente tabla menciona las frecuencias caractersticas de un rodamiento.
Tabla 2.1 Descripcin de fallas caracterstica de los rodamientos
Existe tambin una expresin matemtica para calcular cada una de estas
frecuencias, que es muy til para identificarlas en el espectro. Dichas
expresiones se detallan en la siguiente tabla (2.2):
Tabla. 2.2 expresiones matemticas que dan cuenta de fallas caractersticas de los rodamientos
Nomenclatura Localizacin de las falla
BPFO (ball pass frequency of the outer race)
Frecuencia de paso de los elementos rodantes por un defecto en la pista externa.
BPFI (ball pass frequency of the inner race)
Frecuencia de paso de los elementos rodantes por un defecto en la pista interna.
FTF (fundamental train frecuency)
Frecuencia de rotacin del porta elementos o jaula.
BSF (ball spin frequency)
Frecuencia de giro de los elementos rodantes.
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Donde:
RPM = Frecuencia de rotacin del eje (cpm).
Di = Dimetro de la pista interna.
De = Dimetro de la pista externa.
n = Nmero de elementos rodantes.
dm = Dimetro entre los centros de los elementos rodantes.
d = Dimetro de los elementos rodantes.
= ngulo de contacto.
Fig. 2.9 Esquema de las dimensiones de un rodamiento
2.3 CUATRO ETAPAS DE UNA FALLA EN RODAMIENTOS (DETERIORO PROGRESIVO). Los rodamientos por lo general presentan una evolucin de fallas bastante
parecida entre si. Todas las fallas empiezan con una etapa incipiente donde
solo se puede apreciar spike energy a una muy alta frecuencia. A medida que
esta falla avanza en el tiempo se comienza a apreciar las modulaciones en
torno a las frecuencias caractersticas del rodamiento. Cuando la falla ya es
inminente se dejan ver excitadas las frecuencias caractersticas de los
elementos del rodamiento a una baja frecuencia y si se deja continuar esta
falla se observara en el espectro una vibracin aleatoria en gran parte de l.
A continuacin se presenta esta evolucin en los esquemas de los espectros.
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Primera Etapa:
Fig. 2.10 Primera etapa de la falla (etapa incipiente)
Esta es la etapa ms primitiva de todas, donde se hace presente los Spike
Energy, ondas de esfuerzos. En esta etapa sobre los 2000 Hz, se presentan
frecuencias de muy baja amplitud, casi despreciable en comparacin de otras
frecuencias menores que tienen amplitudes mayores como las que se pueden
encontrar en la zona A, en las que se encuentran todas las frecuencia
inherente al funcionamiento de la maquina, como por ejemplo la frecuencia de
velocidad de giro o desperfectos de la maquina, como desalineamiento o
desbalanceamiento.
Segunda Etapa:
Fig. 2.11 Segunda etapa la falla
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En esta segunda etapa, ya aparece excitada la frecuencia natural de los
rodamientos con ciertas bandas lateral a su alrededor, lo que deja en evidencia
que existen seales que se estn modulando. Estas frecuencias caractersticas
se localizan en un rango de frecuencias que esta por sobre 500 Hz y antes de
los 2000 Hz.
Los Spike Energy aumenta. Se recomienda prestar atencin, ya que el
rodamiento comienza a experimentar desgaste.
Tercera Etapa:
Fig. 2.12 Tercera etapa de la falla (falla catastrfica).
En esta etapa se presenta una falla catastrfica, el rodamiento se encuentra
en desgaste progresivo, aparecen sus frecuencias naturales y mientras mas
armnicos presentes de una de ellas, mas desgaste presentar este
componente afectado. El desgaste es notoriamente visible en esta etapa y se
hace necesario el cambio de los rodamientos en el tiempo inmediatamente
posterior al control de vibraciones.
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Cuarta Etapa:
Fig. 2.13 Cuarta etapa de la falla (dao en otros elementos de la maquina)
En esta etapa, las frecuencias caractersticas de falla comienzan a desaparecer
y son reemplazadas por la presencia de frecuencia aleatoria, acompaada de
ruido de fondo o levantamiento de piso.
Esta etapa es, sin duda, la que se quiere evitar, ya que una maquina en estas
condiciones de funcionamiento vera varios de sus elementos daados a causa
de los esfuerzos a la que se ha visto sometida. Sin duda, una maquina
trabajando con uno de sus rodamientos en este estado, vera comprometido
otros de sus elementos. Por lo que, la sustitucin del rodamiento ya no bastara,
sino que tambin esta maquina deber ser sometida a una reparacin mayor
para cambiar otros elementos y verificar su estado general.
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CAPITULO 3
CARACTERIZACION DE FALLAS TIPICAS EN
RODAMIENTOS
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3.1 INTRODUCCION A LA CARACTERIZACION DE FALLAS TIPICAS EN RODAMIENTOS.
Despus de haber comentado en el captulo anterior acerca de variados
aspectos generales del tema, como una estadstica de datos referente a
agrupar las fallas de los rodamientos, las frecuencias tpica de falla de estos y
por ultimo observar cmo es la evolucin de una falla incipiente, es que se
presenta este capitulo, ya un poco mas terico, donde se pretende mostrar la
caracterizacin de las fallas encontradas a travs de muchos estudios haciendo
nfasis al comportamiento frecuencial de estos daos.
Este material es una recopilacin de datos aportados por varios autores que,
con sus estudios, han llegado a obtener los aciertos que se presentan a
continuacin. Estos estudios aportan informacin terica para enfrentar,
posteriormente, la parte prctica donde se deben leer los espectros obtenidos
con el fin de verificar el estado de los rodamientos.
3.2 PRINCIPALES DETERIOROS DE LOS RODAMIENTOS. Los rodamientos son elementos de maquinas que, por lo general, trabajan a
altas velocidades, por lo que, cuando no se detecta a tiempo una falla se
pueden tener resultados nefastos sobre la integridad de la maquina. Las fallas
caractersticas pueden agruparse segn su forma, dndoles un nombre para
tener as una denominacin de cada una ellas.
3.2.1 Exfoliacin por fatiga.
El aspecto de esta falla es de fisuras y arranque de fragmentos del material, de
manera micro pero muy parecida a lo que pasa con el hormign en mal estado.
Esta falla puede ser causada por problemas de lubricacin o de montaje.
Fig. 3.1 Defecto en pista interna
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Esta falla se presenta en el espectro, con la alteracin de una de las
frecuencias de falla del componente afectado (pista interna, pista externa, jaula
o elementos rodantes) y de algunos armnicos. Si esta falla se deja avanzar, lo
mas seguro es que se extienda por todo el rea correspondiente a las pistas de
rodadura del rodamiento y se presentar un efecto aleatorio que, en medias
frecuencias, puede verse como ruido de piso. Esto se puede apreciar en la
figura 3.2, en que se presenta un espectro obtenido de un rodamiento con este
tipo de falla.
Figura 3.2 Espectros caractersticos de una exfoliacin por fatiga.
3.2.2 Exfoliacin superficial.
Esta falla provoca manchas en la superficie procedentes de arranques
superficiales de metal, las que pueden ser producidas por lubricacin
inadecuada. Esto quiere decir que la lubricacin es pobre o simplemente no
existe, como tambin se puede referir a que la grasa ocupada para lubricar no
es de las caractersticas recomendada para la operacin de este rodamiento,
muestra de ello es lo que se puede apreciar en la figura 3.3.
Fig. 3.3 Marcas de la expoliacin superficial en los elementos de un rodamiento.
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Esta falla catastrfica se representa en el espectro por el efecto llamado, por
algunos autores, High Stack. Esto se puede interpretar como un aumento de
la amplitudes de los espectro de alta frecuencia. Este aumento sustancial de
las amplitudes se agrupan alrededor de las frecuencia de fallas caractersticas
de los rodamientos, esto se puede apreciar claramente en el espectro que se
muestra a continuacin (Figura 3.4).
Fig. 3.4 Efecto High Stack ocasionado por una Exfoliacin superficial.
3.2.3 Agripado Esta falla es ocasionada por calentamiento violento del rodamiento, lo que
produce una deformacin de los cuerpos rodantes. Puede ser producido por
falta o exceso de lubricante, defectos de alojamiento, operacin a velocidades
excesivas y defectos de montaje
Fig. 3.5 Muestra evidente de un rodamiento Agripado. Aqu se aprecia esa coloracin azulado tpica de esta falla.
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En el dominio frecuencial es posible observar esta falla por el fenmeno de
High Stack, lo que indica que es una falla generalizada.
Fig. 3.6 Fenmeno de Hitg Stack, producido por un rodamiento a punto de agriparse.
3.2.4 Huellas por deformacin. Las huellas en las pistas son producidas directamente por los elementos
rodantes al incrustarse en ella. Aunque, si nos ponemos estrictos, los
elementos rodantes tambin de daan.
Como en todos los casos que se han expuesto anteriormente la causa raz de
estos problemas son producidos por causas externas. En este caso especifico
la causa de las anomalas, pueden ser como ejemplo: un mal montaje, un mal
almacenaje, golpes o cadas.
En al figura 3.7 se muestra un rodamiento daado el la pista interior. Aqu se
logra apreciar claramente que uno de los elementos rodantes marco su
geometra en la pista probablemente por un mal montaje.
Fig. 3.7 Rodamiento daado en la pista interior.
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Por ser una falla localizada, se presenta en el espectro como la excitacin de la
frecuencia natural de falla del componente afectado. Cuando esta falla sigue
avanzando, se convertir en frecuencia aleatoria que invade el espectro. Como
en los casos anteriores.
Fig. 3.8 Espectro de un rodamiento con una falla localizada.
3.2.5 Falso efecto BRINELL (Abrasin).
Las marcas en los rodamientos hacen confundir este fenmeno con el
verdadero efecto Brinell, que es cuando el material por el que esta compuesto
el rodamiento es forzado hasta llegar al limite elstico. A diferencia del
verdadero efecto Brinell, en este caso, el arranque de material por abrasin al
nivel de los puntos de contacto internos del rodamiento. Puede ser producido
por pequeos movimientos relativos entre los elementos rodantes y las pistas,
lo que desplaza la capa de lubricante entre componentes.
Fig. 3.9 Marcar en rodamientos producidas por abrasin.
Este desperfecto puede ser apreciado a bajas frecuencias como tambin a
altas frecuencias, en el primer caso se aprecian como un fenmeno llamado
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Plain Tail, que se puede interpretar como frecuencias muy elevadas con
respecto a las otras frecuencias mostradas en el espectro. En el segundo caso
se puede observar como un High Snack, que es la elevacin de las altas
frecuencias, en una etapa incipiente del defecto. Esto se puede apreciar en la
Fig. 3.10.
Fig. 3.10 Fenmenos de Plain Tail y de Hihg Snack, respectivamente.
3.2.6 Desgaste
El desgaste generalizado de los cuerpos rodantes, de las pistas y de las jaulas,
tiene aspecto de matiz grisceo. Puede ser causado antes del tiempo estimado
de vida til del rodamiento por contaminacin de polvo u otras sustancias
abrasivas en el interior del rodamiento.
Fig. 3.11 desgaste excesivo del un rodamiento
Esta anomala se presenta como Plain Tail, debido a que es una falla
generalizada alrededor del rodamiento.
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Fig. 3.12 Espectro caracterstico de un desgaste generalizado y prematuro.
3.2.7 Crteres y Estras.
Las picaduras continas con bordes bien definidos o sucesiones de bandas
estrechas paralelas, causadas por el paso de corriente elctrica. Este caso se
observa a menudo en los motores elctricos que tienen mal aislado su
embobinado.
Aqu, como en otros de los casos de mantenimiento predictivo, es importante
identificar la causa raz del problema, ya que no es bueno cambiar los
rodamientos del eje sin que antes no se asla bien el embobinado del motor,
que es el problema real.
Los estragos de esta falla se aprecian en la figura 3.13.
Fig. 3.13 Rodamiento con evidencia de paso de corriente elctrica durante su trabajo.
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Es caracterstico de esta falla que presente un espectro con un claro fenmeno
de Higt Snack, lo cual es relativamente obvio. Si se piensa, los elementos
rodantes pasan por una superficie sumamente irregular que genera pequeos
golpes a muy alta frecuencia. Este fenmeno se puede apreciar en la figura
3.14.
Fig. 3.14 Higt Stack producido por fallas de Crteres o Estras. 3.2.8 Golpes, fisuras, ruptura. Los choques violentos, arranque de material en la superficie, fisuras, ruptura de
los anillos.
Generalmente son fallas asociadas a golpes y falta de cuidado durante el
proceso de Montaje.
Fig. 3.15 Rodamiento golpeado.
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Estas fallas son puntuales y son representadas en el espectro por los peak
correspondientes a las frecuencias de falla del componente con problemas
(pista interna, pista externa, elementos rodantes o jaula) y armnicos. Si se
deja avanzar, esta falla puede expandir por todo el rodamiento y la
caracterizacin del espectro se vuelve aleatoria.
Fig. 4.16 Espectro caracterstico de un rodamiento con golpeado.
3.2.9 Corrosin de contacto.
Cuando se trata de usar un rodamiento que no es compatible con el soporte, se
produce una coloracin roja o negra en las superficies de apoyo del
rodamiento, en el dimetro interior y exterior, producto de un montaje flojo del
rodamiento. Lo antes descrito se puede apreciar en la siguiente figura.
Fig. 3.17 Rodamiento con corrosin de contacto.
Esta falla se presenta en el espectro por el efecto Plain Tail, debido a que
es una falla generalizada.
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Fig. 4.18 Espectro de un rodamiento daado por Corrosin de contacto.
3.2.10 Corrosin. Cuando los rodamientos no estn bien protegidos de las fuentes de corrosin,
se produce una oxidacin localizada o generalizada en el interior y en el
exterior del rodamiento. Esta oxidacin puede ser producida por un ataque
qumico que se produce sobre el material del rodamiento, por ejemplo
contaminacin por agua, la cual desplaza el lubricante. El crecimiento de esta
falla puede incrementar el juego radial, con todos los daos posteriores
inherentes a esta falla.
La figura 3.19 muestra el aspecto de un rodamiento atacado por la corrosin.
Fig. 3.19 Pista interior de un rodamiento el que se puede apreciar el ataque corrosivo.
Esta falla, en una primera etapa, genera un espectro de la forma Higt Stack y
cuando esta progresa, daando prcticamente todo el rodamiento, se presenta
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como un espectro Plain Tail, como los ejemplos que a continuacin se
muestran.
Fig. 3.20 Rodamiento Daado por la corrosin de derecha a izquierda. Se aprecia primero un rodamiento ya muy daado. En cambio, en el ejemplo de la izquierda, se aprecia un rodamiento con una falla ya manifiesta pero no tan desarrollada.
3.2.11 Deterioro de las jaulas. El deterioro de las jaulas tales como: deformacin, desgastes, rupturas.
Generalmente son producidos por problemas de lubricacin, por mal montaje
del rodamiento o por trabajar a una velocidad mayor a la que fue diseado.
Fig. 3.21 Dao en la jaula de un rodamiento de rodillos cnicos.
Cuando un rodamiento presenta este tipo de fallas, espectralmente lo que
pasa es que aparecen excitadas las frecuencias de fallas caractersticas, que
tienen que ver con el elemento, a una baja amplitud ya que el dao esta
avanzado. Esta frecuencia segn el capitulo 2 recibe el nombre de frecuencia
de rotacin de jaula.
-
3.2.12 Verdadero efecto Brinell. Este efecto ocurre cuando la carga aplicada en el rodamiento excede el lmite
elstico del material de la pista. Las marcas Brinell son indentaciones
producidas sobre las pistas a la separacin de los elementos rodantes. Puede
ser producido por sobrecarga esttica, como as tambin puede ser producido
por cadas antes del montaje y por golpes causados en el proceso de montaje.
Fig. 3.22 Pista exterior de un rodamiento afectado por el efecto Brinell.
La representacin de este fenmeno en el espectro de vibracin, es similar al
presentado por el falso efecto Brinell (Presencia de High Stack en altas
frecuencias).
Fig. 3.23 Espectro de un rodamiento con dao por el efecto Brinell.
Es importante para estos fenmenos (efecto Brinell y el Falso efecto Brinell),
identificar la causa raz del problema, ya que esta es la nica forma de
eliminarlo. Lamentablemente, en el espectro, ambos fenmenos se muestran
de forma muy similar. Entonces la informacin para identificar el problema que
-
esta afectando a la maquina deber obedecer a un estudio particular de este
caso especifico donde se analicen otras variables.
3.2.13 Sobrecarga excesiva.
La sobrecarga excesiva en un rodamiento produce la disminucin del tiempo de
operacin. Es caracterizado por caminos de desgaste en los elementos
rodantes y adems muestra evidencia de sobrecalentamiento en todos sus
componentes.
Fig. 3.24 Partes de un rodamiento sobre cargado.
Esta falla se representa en el espectro con los fenmenos de Plain Tail en
bajas frecuencias y High Stack en altas frecuencias.
Fig. 4.26 Espectro de rodamiento sobre cargado.
-
3.2.14 Resumen de fallas.
En todo lo que se ha mostrado en este capitulo, se han agrupado las distintas fallas que se pueden encontrar en los rodamientos, asignando a
cada uno de estos grupos un espectro caracterstico para relacionar falla
y espectro. Esto ultimo es muy importante ya que la base del
mantenimiento predictivo es chequear los elementos de la maquina que
estn fallando sin intervenirla, siendo los espectros vibratorios la nica
informacin que se tiene en este caso. La buena y oportuna lectura de
los espectros asegura intervenir la maquina en el momento mas
apropiado.
Esta muestra esta hecha en base a fallas catastrficas, por lo que se deben de considerar como irreversibles, ya que las maquinas afectadas
por este tipo de fallas tienen que ser intervenidas en el ms corto plazo
posible, antes que, producto de esta falla, se vea afectado otro elemento
de la maquina.
Existen varias fallas que exhiben un espectro similar, por lo que solo cuando se desarme la maquina y con un buen estudio en terreno se
puede determinar que tipo de falla hay. Esta ultima aseveracin va muy
relacionada con la anterior ya que en la presencia de un espectro, como
los observados anteriormente, solo queda recomendar la intervencin
de la maquina y una vez realizado esto se puede ser mas exacto en la
identificacin de la falla, reuniendo ms informacin.
Aqu se ha hecho un anlisis desde el punto de vista espectral, pero en una etapa muy avanzada de los defectos, por lo que estos son
apreciables a bajas frecuencias. En una etapa incipiente del problema
existe una excitacin de las frecuencias caractersticas de fallas en un
rango frecuencial ms alto, donde estas frecuencias excitadas son
moduladas por otras frecuencias. Este tema de las modulaciones se
trata detenidamente en el capitulo siguiente.
-
CAPITULO 4
TECNICAS DE ANALISIS PARA DETECTAR
FALLAS EN RODAMIENTOS
-
4.1 INTRODUCCION A LAS TECNICAS DE ANALISIS PARA DETECTAR FALLAS EN RODAMIENTOS.
Existen varias tcnicas para el diagnostico y anlisis de rodamientos. Entre
estas se pueden mencionar como principales mtodos:
Anlisis de vibraciones, ruido y ondas. Anlisis de temperatura. Anlisis de partculas de aceite.
De todas las anteriores, el mtodo de anlisis de vibraciones, ruido y ondas a
sido el ms ampliamente utilizado haciendo uso de diferentes tcnicas como
son: anlisis de vibraciones en el tiempo y frecuencia, anlisis de ondas de
choque, anlisis de emisin acstica, etc.
El objetivo de esta tesis, en particular, es estudiar las tcnicas referidas a la
parte del anlisis por medio de vibraciones. En este capitulo se explicaran las
tcnicas ms importantes en el anlisis de vibraciones de rodamientos que,
entre las ms modernas y ms utilizadas se encuentran:
Anlisis con zoom real. Mtodo de demodulacion. Cepstrum. El mtodo Peakvue (mtodo que se estudia en extenso en el
capitulo posterior).
Todas estas tcnicas tratan de identificar el defecto en una etapa incipiente.
4.2 SEALES MODULADAS En tema de anlisis de vibraciones, existe un fenmeno conocido como
modulacin de una seal vibratoria.
-
El concepto que encierra este termino es fundamental para entender las
tcnicas de anlisis de vibraciones en rodamientos, es por eso que a
continuacin se explica qu es una seal modulada, de dnde proviene, cmo
identificarla, etc.
Las vibraciones, medidas en una maquina, generalmente provienen de
diferentes causas o fenmenos fsicos. Cuando los fenmenos fsicos no
interactan entre ellos
la vibracin resultante es, simplemente, una suma de las vibraciones
particulares provenientes de las diferentes causas. Cuando los fenmenos
interactan entre ellos producen vibraciones moduladas en amplitud y/o en
frecuencia, de forma exactamente igual a lo que sucede en
telecomunicaciones.
Una seal modlala en amplitud esta definida como la multiplicacin de dos
seales vibratorias, una moduladora [Xm(t)] y otra portadora [Xp (t)].
Xm(t) = seal moduladora = A (1 + m cos m t) (4.1)
Xp (t) = seal portadora = sen p t (4.2)
X (t) = seal modulada = Xm(t) * Xp (t)
Teniendo claro esto, es que se puede decir que la expresin que da cuenta de
una seal modlala en amplitud es:
X (t) = A (1 + m cos m t) * sen p t (4.3)
La cual, utilizando relaciones trigonomtricas, se puede escribir como:
X (t) = A sen wpt + m A/2 sen(wp + wm)t + m A/2 sen(wp - wm)t (4.4)
De la ecuacin 4.4 se deduce que, la seal modulada es la suma de de tres
componentes a frecuencias wp , (wp + wm) y (wp - wm), siendo estas ltimas
las llamadas bandas laterales. En la figura 4.1 se observa un ejemplo clsico
de una seal modulada y el espectro que se obtiene de ella.
-
Fig. 4.1 Seal armnica modulada en Amplitud Armnicamente.
Las frecuencias moduladas en maquinas, son propias de un grupo reducido de
fallas como: rodamientos daados, engranes defectuosos (excntricos,
desalineados, dientes agrietados, con errores geomtricos), problemas
elctricos en motores, deterioro en labes de turbinas impulsos excntricos de
turbobaquinas en general.
Identificar y aislar esta seal modulada es como trabajan la mayora de las
tcnicas que se utilizan en la deteccin de fallas incipientes en rodamientos, de
ah su importancia.
4.3 ANALISIS CON ZOOM REAL.
El anlisis con zoom real permite, por medio de filtros digitales, adquirir la seal
con un ancho de banda estrecho sobre la frecuencia resonante la cual debe
haber sido previamente identificada anteriormente. Se obtiene de esta manera
un espectro con buena resolucin, permitiendo identificar fcilmente las
frecuencias moduladoras que se encuentran alrededor de la frecuencia
excitada. Para el caso especfico de los rodamientos se necesita contar con un
espectro con ancho de banda lo suficientemente amplio como para captar los
primeros indicios de las fallas incipientes.
En la figura 4.2 se muestra un espectro obtenido de un anlisis con zoom real
alrededor de una frecuencia resonante de 60 kcpm, en este espectro se
-
aprecia claramente la existencia de bandas laterales propias de frecuencia
moduladas, que proviene de una falla incipiente en un rodamiento.
Figura 4.2 Anlisis con zoom (observar badas laterales).
Es importante tener presente que, la mayora de los software de anlisis de
vibraciones poseen en un zoom que consiste en la expansin del eje de las
frecuencia. Este zoom no tiene nada que ver con el anlisis con zoom real, ya que este zoom consiste en un aumento importante de la resolucin frecuencial
en torno a una banda frecuencial sobre la que se quiere afinar el anlisis.
4.4 METODO DEMODULACION.
Para recuperar y examinar la seal moduladora desde la seal modulada, esta
ltima debe de ser demodulada o detectada, como se llama en terminologa
radial. El proceso de demodulacin es relativamente sencillo y consiste
bsicamente en seleccionar un espectro vibratorio que contenga el
componente a analizar, el cual es extrado del resto del espectro usando un
filtro pasa banda o pasa alto. Luego, con la ayuda de filtros pasa bajos, se
obtiene la envolvente de la seal en el tiempo, la cual solo contiene las
componentes moduladoras de baja frecuencia.
A modo de aclaracin, se debe decir, que cuando se hable de envolvente esta
es una tcnica que analiza los cambios de amplitud de las seales vibratorias,
en especial si estos cambios son peridicos o aleatorios y si estos cambios
fuesen peridicos determinaran la frecuencia de repeticin.
-
Figura 4.3 Muestra del anlisis de envolvente correspondiente a un impacto.
Es importante recalcar que el proceso de demodulacin ocurre en el dominio
del tiempo y es un proceso analgico y no digital como se podra pensar.
Una forma ms grfica de explicar como funciona el mtodo de demodulacin,
se muestra en la figura 4.4, en la cual se cuenta con la seal temporal de
entrada, que con la ayuda del filtro pasa alto (o pasa banda) entrega solo las
frecuencias que excedan cierto valor impuesto por dicho filtro (caso de
rodamientos, seales de alta frecuencia).
Con la ayuda de amplificadores se entrega una seal con una resolucin y
forma casi perfecta. A esta seal se le aplica un envolvente, de manera tal de
mostrar la mejor curva de los peak de la seal de fondo. Por ltimo, con un filtro
pasa bajo se obtiene la seal que entra al analizador.
Figura 4.4 Proceso de demodulacin de una seal vibratoria.
-
Este proceso de demodulacion, no siempre entregara una seal de respuesta o
de salida sencilla y sinuosidal como la del ejemplo. Cuando se trabaja en el
anlisis de seales reales nunca se podr llegar a esta forma de respuesta tan
elemental, por lo que el ejemplo propuesto en la figura 4.4, solo es una grfica
y explica muy bien este mtodo con fines acadmicos.
En algunos textos al referirse a este mtodo, lo hacen como mtodo de
demodulacin o envolvente. Esto es porque este mtodo junta dos tcnicas o
algoritmos que trabajan en base a tiempo real (anlisis de modulacin y de
envolvente) para obtener un mejor resultado en cuanto la forma y resolucin de
la seal a analizar.
Las bondades de estas tcnicas saltan a la vista, pero especficamente en el
caso del espectro de la envolvente de aceleracin (debido a la alta frecuencia a
la que se trabaja), se puede decir que es una herramienta muy til para la
deteccin y diagnstico precoz de fallas en rodamientos, ya que las seales
caractersticas de estos problemas mecnicos no son detectables mediante
espectros de aceleracin convencionales hasta que resultan demasiado tarde
como para tomar una accin correctiva o permitir un planeamiento para la
reparacin de la maquina.
4.5 METODO CEPSTRUM. La tcnica de anlisis llamada Cepstrum, a diferencia de las anteriores, es
especialmente recomendada para el anlisis de engranajes. Como el
procedimiento para el anlisis de rodamiento es muy similar, esta tcnica
tambin entrega buenos resultados para el estudio del comportamiento de
estos elementos de mecnicos.
Cepstrum es una herramienta utilizada por muchos software para simplificar el
estudio por parte del analista. Esta herramienta trabaja en zonas donde se
percibe alta resonancia, siendo su alcance ms importante su capacidad para
identificar las familias de armnicas de frecuencias excitadas, en un anlisis a
altas frecuencias. De aqu su importancia en el anlisis, ya que si estas
-
familias de armnicas se pueden identificar aportan una preciada informacin
acerca de las posibles fallas internas del rodamiento.
Como ya se dijo en su oportunidad, en los rodamientos con fallas incipientes
existen defectos que provocan impactos de alta frecuencia y de muy baja
amplitud, como es
el caso de una fisura en una de sus pistas. Cada vez que pasa un elemento
rodante por el defecto, se provoca un pequeo impacto y como son varios
elementos que impactan alternadamente generan una secuencia de golpes en
un periodo muy corto de tiempo, solo apreciable a una alta frecuencia.
Esto entrega una valiosa informacin del estado del rodamiento, pero al
calcular el espectro normal no entrega una lectura clara de lo que esta
pasando. Es aqu donde trabaja Cepstrum, en base a buscar estas nombradas
familias de armnicas.
Cepstrum identifica estas familias de armnicas mediante una funcin
matemtica que calcula la inversa del logaritmo de la FFT de la seal temporal
original.
Cxx(t) = FFT-1 {logGxx(f)}
Lo anterior se puede apreciar mas claro en el siguiente esquema, en cual se
aclara todo el proceso Cepstrum.
Fig. 4.5 Diagrama de block del funcionamiento del Cepstrum.
Con este diagrama de bloques se simplifica bastante el proceso y queda de
manifiesto como acta. Primero, capta la seal temporal a la que se le calcula
la FFT, luego existe una instancia en la cual se amplifica y se filtra la seal con
el fin de mejorar los datos obtenidos. A esta seal se le aplica el logaritmo y
-
nuevamente se filtra la seal, para ahora s calcular sobre ella la inversa de la
FFT, en la ltima etapa del recorrido de la seal nuevamente se mejora la
seal y por ultimo se calcula nuevamente la FFT de esta seal con el fin de
entregar el espectro que se ocupa para analizar.
A continuacin en la figura 4.6 se aprecia un espectro obtenido por este
mtodo correspondiente a una caja de engranajes.
Fig. 4.6 Espectro real de una caja de engranes obtenida con Cepstrum.
4.5.1 Algunas ventajas del anlisis Cepstrum frente el anlisis espectral.
El Cepstrum independiza los efectos de la excitacin (esfuerzos) de los efectos del camino de transmisin entre la fuente de vibracin y el punto de
medicin. Esto hace que el Cepstrum sea menos sensible a pequeos cambios en la posicin del acelermetro.
Estos cambios pueden modificar la pendiente global del espectro pero no
afectan a su estructura peridica.
Los defectos del camino de transmisin se corresponden con la zona de
baja frecuencia. Mientras que si la seleccin de escalas es correcta, las
zonas de media y alta frecuencia sern las correspondientes a la excitacin.
-
El Cepstrum da una representacin ms estable de los problemas de modulacin ya que efecta una promediacin de toda la actividad de las
bandas laterales.
El Cepstrum reduce toda una familia de bandas laterales a una sola lnea, por lo que el monitoreo del estado de funcionamiento de cada engranaje es
ms sencillo.
Esto lo convenirte en una gran herramienta de mantenimiento predictivo de
cajas de engranajes.
2.7 METODO FACTOR DE CRESTA. Existe otra tcnica no tan usada, que ms que una tcnica propiamente tal, es
cuantificacin de la severidad del defecto al interior del rodamiento en funcin
de su energa vibratoria generada por el defecto.
El factor de cresta es una tcnica que puede aplicarse solamente cuando se
dispone de un instrumento de medicin que entregue los valores RMS y de
valores peak de vibracin mecnica. Con estas dos mediciones se puede
calcular el factor de cresta definida como: Factor de Cresta = Valor Peak / Valor RMS ( 4.6)
De acuerdo con el valor de este factor se puede agrupar en conjuntos que
hacen apreciar que tan severo es el defecto. Estos grupos se encuentran en la
siguiente tabla:
Valor Peak Valor RMS Factor de Cresta
Incipiente
Crece con respecto al valor histrico
debido a la presencia de los
primeros impulsos
Se mantiene respecto al histrico porque al comienzo la energa de los impactos es
baja
Crece con respecto al
histrico
Medio
Se mantiene ya que aparece mayor
cantidad de impulso pero de la misma
amplitud
Aumenta, debido a que al haber mayor
cantidad de impulsos la energa crece
Diminuye en relacin al estado
de la falla incipiente
Avanzado Se mantiene Crece hasta alcanzar el valor peak Disminuye hasta valores cercanos
a 1 Tabla 4.1 Niveles de intensidad del factor de cresta.
-
Grficamente se puede representar como sigue:
Grafico 4.1 Comparacin de valores RMS y peca respecto factor de cresta.
Como puede interpretase el grafico 4.1, en el caso en que los valores de los
peak son el doble de los valores RMS, se encuentra en un funcionamiento
adecuado del rodamiento, pero cuando el valor de los peak comienza a subir
ya se encuentra la etapa de una falla incipiente.
Por otro lado, cuando los valores RMS comienzan a subir hasta igualar los
valores de los peak se esta en presencia de una falla catastrfica.
-
CAPITULO 5
PEAKVUE
-
5.1 INTRODUCCION AL PEAKVUE.
En este capitulo se encuentra toda la informacin acerca de la tcnica a
implementar: La Tcnica del Peakvue. En el, se describe como funciona, el
rango de frecuencia en que acta y cul es su importancia. Es aqu donde se
encontrara la informacin necesaria para configurar la tcnica en software
RBMware.
El entendimiento de este capitulo es fundamental en el desarrollo de la puesta
en marcha de la tcnica, por lo tanto, es considerado como clave dentro de
este trabajo.
5.2 LA ACTUALIDAD DEL MANTENIMIEMTO PREDICTIVO.
El verdadero beneficio del mantenimiento predictivo puede ser determinado con
un anlisis costo beneficio. Desafortunadamente muchas industria no ha
estandarizado un mtodo para contabilizar el beneficio del programa y esto ha
introducido un esparcimiento en las criticas negativa con respecto a la
efectividad del programa. Un ejemplo de esto podra ser el valor declarado de
una recomendacin de reemplazo del rodamiento, que de efectuarla puede
tener un valor bajsimo para la empresa trabajando bajo el concepto de
reemplazo del rodamiento, sin perder tiempo productivo de la maquina. Si no
existe la recomendacin simplemente se podra reparar el dao cuando la
maquina ya no pueda seguir trabajando, los costos ahora son los de un nuevo
rodamiento ms su cambio y se suma a esto en muchas ocasiones la perdida
de produccin y podra llegar incluso a una reparacin general de la maquina.
El mantenimiento predictivo solamente es valioso si se puede demostrar un
beneficio econmico claro, por sobre el gasto que se generara, por ejemplo, el
tener dos maquinas similares, para la situacin donde falla una maquina poner
a trabajar la otra sin perder tiempo. Esto obviamente con todos los gastos
asociados a tener dos maquinas cien por ciento operacional.
-
Con todo este prembulo queda claro cual es la misin del mantenimiento
predictivo y especficamente en el tema tratado aqu, el control de rodamientos
por anlisis de vibraciones.
Actualmente existen varias tcnicas desarrolladas con este fin e inclusive las
mas grandes fabricas de rodamiento han estudiado el tema y hoy exhiben,
entre sus productos, sistemas de control completo para el cuidado de sus
rodamientos. Pero la gran mayora de estas tcnicas muestran en un periodo
muy avanzado la falla, o en otros casos descuidan el estado general de la
maquina para solo monitorear los rodamientos.
En la actualidad el mantenimiento que se realiza, detecta la falla con el
propsito de que sta no dae otra parte de las maquina, pero no entrega ese
tan preciado tiempo para planificar su deteccin en el tiempo indicado.
5.3 DESCRIPCION DE LA TECNICA PEAKVUE. Peakvue es una tcnica de anlisis para seales generadas a alta frecuencia,
que fue diseada por CSI (como herramienta para su el software RBMware),
con el objetivo de estudiar el comportamiento de elementos cuyas fallas se
aprecian a altas frecuencias y a baja amplitud, tal es el caso de rodamientos y
engranajes. Es importante hacer notar que los rodamientos y los engranajes
generan fallas a una alta frecuencia y a una pequea amplitud, pero solo en
una etapa incipiente del defecto, que dicho sea de paso, es cuando se quiere
descubrir, ya que cuando este desperfecto o falla avanza en el tiempo
aumentan las amplitudes y aparecen las frecuencia caractersticas de falla de
los rodamientos, y es cuando ya se hace necesario la reparacin o el cambio.
Por ende la energa vibratoria aumenta a nivel considerables y la falla ya es
detectable en un espectro de aceleracin con un ancho de banda adecuado.
Peakvue es una tcnica que detecta la presencia las ondas de esfuerzo
debidas, principalmente, al contacto metal - metal durante una etapa temprana
de falla.
-
Fig. 5.1 Ondas de esfuerzos.
Como se puede apreciar en la figura 5.1, estos impulsos son a una baja
amplitud, pero considerando que el rodamiento tiene solo una falla localizada y
sus elementos rodantes van a estar pasando sobre ella constantemente, es
que se tiene que la frecuencia de este defecto es relativamente alta.
Esta falla emite frecuencias tan bajas en amplitud que, en la mayora de los
casos, son casi imperceptibles con otras tcnicas, como el espectro
aceleracin tomado en una rutina normal del mantenimiento, debido a la
despreciable energa vibratoria que aporta.
Peakvue centraliza su anlisis a frecuencias altas donde se estn generando
las ondas de esfuerzos y toma como dato el valor peak de un pequeo perodo
de tiempo.
Fig. 5.2 captura de datos con el Peakvue
De esta forma, la herramienta garantiza que las frecuencias que se van a
estudiar son efectivamente las que, en adelante, comenzaran a dar problemas.
Esta captura de los peak en un diferencial de tiempo de una seal muy dbil,
-
se realiza en un espacio temporal. La frecuencia de repeticin de los impactos
se obtiene mediante un anlisis espectral.
Es importante tener presente un aspecto fundamental para obtener buenos
resultados en la aplicacin de esta tcnica. Esto es que el sensor que se
utilizara debe ser, a lo menos, de 30 kHz, debido a que Peakvue utiliza la alta
frecuencia para realizar la muestra e identificar el peak del perodo de tiempo
del que ya se hablo.
As como es importante el rango del sensor, es tambin la fijacin de este, que
por norma debe de ir pegado en el soporte que se esta chequeando. (Ver
ANEXO 6)
Como fue mencionado antes, el contacto metal - metal genera pequeos
impactos, que son la fuente de excitacin en el sistema analizado, estos
impactos son los que provocan la existencia de los peak. Por ende, saber
cuando o como es la caracterstica de estos peak, es equivalente a saber a que
frecuencia se esta provocando el problema y cual es su severidad. Con esta
informacin se puede pronosticar ya, como es el estado interno del rodamiento
y que se recomienda hacer con el. Esta accin depender de que tan experto
sea el analista. Con lo ltimo se quiere expresar que la asertividad del proceso
depende, en gran medida, del factor humano.
5.4 UTILIZACIN DE FILTROS PASA ALTO.
En el trabajo con Peakvue se hace necesario utilizar filtros, especficamente
con filtros pasa alto.
La misin del filtro pasa alto es eliminar las frecuencias bajas del espectro para
dedicarse a estudiar solo las altas frecuencias, que es lo que interesa en el
estudio de fallas incipiente.
Con la eliminacin de las frecuencias bajas del espectro se elimina tambin
informacin del estado general de la maquina, como por ejemplo un
-
desbalanceamiento o un desalineamiento, por lo que aqu se presenta el primer
punto que vale la pena profundizar ya que Peakvue es una tcnica
especficamente para detectar desperfectos muy incipientes en los
rodamientos y engranes por lo que solo la implementacin de esta tcnica no
basta para hacer un buen mantenimiento predictivo. Peakvue es un excelente
complemento a un programa de mantenimiento ya que, como se explicado
anteriormente, al detectar el desperfecto de forma incipiente otorga el tiempo
necesario a la planificacin y ejecucin del mantenimiento.
El filtro pasa alto como se puede aprecia en la figura 5.3 solo deja que se vea
las frecuencias que estn por sobre el filtro que se ha impuesto.
Fig.5.3 Utilizacin de filtro pasa alto.
Ahora, con la utilizacin de este filtro, se pierden todas las frecuencias que
estn a la izquierda del filtro impuesto.
El nuevo espectro en la figura 5.4 tiene la particularidad que se aprecia mucho
ms grande las amplitudes de las frecuencias que se encuentran a la derecha
del filtro pasa alto, pero esto es solo una apreciacin visual, ya que si se
observa en el espectro de la figura 5.3 las frecuencias a la derecha del filtro
pasa alto son casi despreciable en amplitud respecto a las frecuencias que se
localizan a la izquierda del filtro, y por lo amplio de la escala de la amplitudes
es no se aprecian bien.
-
Fig. 5.4 Especto obtenido con la utilizacin de un filtro pasa alto.
Los filtros se imponen de acuerdo a varios factores. Estos deben de considerar
necesariamente el tipo de maquina, velocidad de giro de la maquina y el tipo
de soporte en el que esta alojado el rodamiento.
Despus de muchos estudios y de haber considerado los factores nombrados
en el prrafo anterior, los diseadores del Peakvue han logrado un filtro para
cada rango de velocidades. Estas recomendaciones se pueden ver en la tabla
siguiente.
Tabla 5.5 Datos para la configuracin del Peakvue.
Considerando estos filtros pasa altos se asegura de aislar la zona que interesa
analizar. Pero tambin la tabla 5.5 muestra otros datos, como el nmero de
promedio que, para en todos los casos, deber ser 1, ya que si se recuerda
Peakvue toma el valor peak de un pequeo periodo de tiempo, por lo que si
160015000 Hz4001 - en adel.
160012000 Hz3001 - 4000
160012000 Hz1501 - 3000
80011000 Hz701 - 1500
8001500 Hz0 700
Min. Lineas# de promedioFiltro pasa Alto
RPM
160015000 Hz4001 - en adel.
160012000 Hz3001 - 4000
160012000 Hz1501 - 3000
80011000 Hz701 - 1500
8001500 Hz0 700
Min. Lineas# de promedioFiltro pasa Alto
RPM
-
tomamos mas promedios se castiga la energa vibratoria de la frecuencia mas
excitada en el perodo de tiempo otorgado para la muestra.
Otra de las cosas que se puede apreciar en la tabla 5.5 es que recomienda un
mnimo de lneas para cada caso. Esto es para la resolucin del espectro que
se va a analizar.
5.5 CALCULO DE LA FRECUENCIA MXIMA DE MUESTREO.
Ya se ha visto como se obtiene la frecuencia mas baja del espectro (filtro pasa
alto), pero el espectro no puede ser infinito por lo que existe una frecuencia
mxima que tambin tiene que ver con la velocidad de giro de la maquina y el
nmero de elementos rodantes del rodamiento. Estas variables se relacionan
en la expresin 5.2, en la que se tiene que:
Fmax = 4*BPFI (5.1)
Si embargo, si se recuerda en la taba 2.2 del capitulo 2, se tiene que en una
forma bastante prctica de expresar la frecuencia de paso de bola por pista
interna es: BPFI = 0.6 RPM n, por lo que la expresin anterior queda de la
siguiente forma:
Fmax = 2.4*RPM* n (5.2)
Donde:
RPM = revoluciones por minutos de la maquina.
n= nmero de elementos rodantes.
Un dato importante que es necesario entregar para el buen funcionamiento de
esta tcnica es que, en ningn caso la Fmax deber exceder en 40xRPM, en
otras palabras no debe ser mayor a cuarenta ordenes.
-
5.6 CONFIGURACION DEL PEAKVUE EN EL SOFTWARE DE ANALISIS. Conocidos los parmetros para los espectros de Peakvue lo que viene ahora
es la configuracin de esta herramienta en el software de anlisis RBMware de
la CSI.
En la configuracin se deben de considerar tres aspectos bsico e importante.
El primero, es elegir las maquinas a las que se aplicara esta herramienta y para
ellas configurar el o los puntos de Peakvue; segundo, es crear los parmetros
de adquisicin de la seal para su posterior anlisis; y por ltimo, se debe de
crear el parmetro de alarmas para el caso determinado de los rodamientos.
5.6.1 Creacin del punto de Peakvue en la maquina elegida. Es importante definir bien las maquinas a las cuales se les requiere
implementar esta herramienta de diagnstico, ya que aqu quedara guardada
toda la informacin que recolecta a lo largo de la vida de la maquina.
Existen dos formas posibles de organizar los puntos de medicin de Peakvue,
uno de ellos es crear nuevos puntos de Peakvue en maquinas ya creadas. La
otra posibilidad, es crear una base de datos solo para Peakvue, vale decir que,
se debe crear una maquina en la base de datos del programa de
mantenimiento. Esta decisin la debe tomar el personal de mantenimiento ya
que en definitiva deben de considerar otras variables, como el tiempo que se
demoraran en muestrear la maquina y el tiempo que se demorara en el anlisis
de la informacin tomada. Como es sabido, todo lo se refiere a tiempo se
reduce en dinero por lo que en la decisin de cmo situar los puntos tambin
se debe de considerar esta inevitable variable.
La recomendacin pasa por el concepto de que entre mas informacin se
pueda tener de la maquina es mejor, por este motivo se recomienda que el
punto de Peakvue sea configurado en una maquina ya creada, de manera que
cada vez que se muestree la maquina se considere el anlisis de los
-
rodamientos con Peakvue. Esto para otorgar un mximo de tiempo al
mantenimiento para programar la detencin de la maquina para su reparacin.
Basndose en la recomendacin la configuracin, se hace de la siguiente
forma:
Una vez cargado el programa, en la solapa de Setup/Comunications seleccionar con doble click la opcin de database Setup. Como en la
figura 5.6.
Fig. 5.6 Ambiente del programa de manteniendo RBMware.
Ahora, en la nueva pantalla que se despliega se encuentran todas las cosas que se debe de configurar para el trabajo de anlisis con
Peakvue. Lo primero que se debe configurar es el punto, esto se hace
en la opcin de Tree Structure. Pero aqu solo se crea el punto, esta
opcin esta vinculada con las otras dos que siguen: Anlisis para meter
Set Informacin, que es donde se configura el parmetro de la
adquisicin de la seal y, por otro lado, est la opcin de Alarm Limit Set
Information, aqu se configuraran las alarmas para el mejor trabajo
posterior.
Fig. 5.7 Opciones de configuracin del Peakvue.
-
Al seleccionar con doble click la opcin Tree Structure se debe desplegar una
nueva pantalla donde se muestra la base de datos en que se encuentra la
maquina seleccionada para configurarle el punto de Peakvue.
Fig. 5.8 Base de datos para la gestin de mantenimiento.
Una vez aqu, se debe de abrir la maquina a la que se le deben de crear los puntos de Peakvue, esto se logra en Add Branch.
Se despliega una nueva pantalla, en esta se debe de aportar los datos para identificar el punto y vincularlos con los otros parmetros de
adquisicin y alarma.
Fg. 5.9 Planilla de informacin de datos del punto a crear.
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Segn lo que se logra apreciar en la nueva pantalla es que se deben
aportar datos para informacin del punto y del sensor utilizado.
Elementos informantes a considerar en la implementacin del punto:
1. En primer lugar se necesita una identificacin rpida para el
punto.
2. Luego se pone nombre al punto identificado claramente la
ubicacin de ste.
3. Seleccionar la unidad en la que se quiere muestrear.
4. Nombrar las revoluciones por minutos nominales de la maquina.
5. Poner tope de das para descargar informacin.
6. En las dos ltimas lneas se requieren los datos que se deben de
aportar para vincular el punto que se esta creando con los
parmetros de adquisicin y de alarma que de no estar creados
solo se nombran con un nmero, recordando ste, despus se
crean los parmetros.
En la solapa sensor / signal info se deber aportar la informacin acerca del
sensor utilizado para este motivo.
Fig. 5.10 Informacin del sensor que se utiliza en la captura de la seal.
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Aspectos importantes que se deben considerar en esta parte:
1. La posicin en que debera poner el sensor.
2. Orientacin del sensor.
3. Sensibilidad del sensor.
Tambin es importante recalcar que aqu, en esta pantalla, se debe de ingresar
la frecuencia de fallas del rodamiento que se esta testeando. Esto se realiza
pinchando la tecla Fault Freq. Con lo que desplegara una pantalla que se
aprecia en la figura 5.11.
Fig. 5.11. Ingreso de frecuencia de fallas.
Como se puede apreciar, son varias las frecuencias que se pueden configurar,
pero lo que interesa para el anlisis Peakvue es configurar las frecuencias de
fallas del rodamiento que se va a muestrear. Esta operacin es simple pero de
gran utilidad, ya que con esta se puede identificar grficamente cual de los
elementos del rodamientos esta fallando incipientemente.
El programa tiene una base de datos con las frecuencia de fallas de los
rodamientos solo se necesita identificarlo segn en nmero que se le da en el
programa.
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5.6.2 Configuracin del parmetro de adquisicin. Segn lo observado en la figura 5.12 lo siguiente es configurar el parmetro de
adquisicin haciendo doble click en la frase Anlisis Parameter Set
Informacin.
Como lo que se requiere es crear un nuevo parmetro lo que debe de hacer es
presionar la tecla Add Set.
Fig. 5.13 Creacin del parmetro de adquisicin.
Al seleccionar esta opcin aparece un mensaje, en el que el programa solicita
que se identifique el nuevo parmetro de adquisicin.
Fig. 5.14 Mensaje para la identificacin del parmetro de la identificacin.
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Una vez identificado el nuevo parmetro se despliega la otra pantalla en la que
se debe aportar la informacin para el espectro, la adquisicin de la seal y el
parmetro que tiene que ver con la forma de onda.
Fig. 5.15 Configuracin del parmetro de Adquisicin.
Aspectos importantes que se deben tener en cuenta en esta configuracin:
1. Nombrar claramente el parmetro para su posterior identificacin.
2. Seleccionar trabajar en rdenes.
3. Localizar la frecuencia mas baja muestreada.
4. Identificar la frecuencia ms alta que se debera muestrear (Fmax). Esta
es producto de la expresin 5.2.
5. Especificar el nmero de lneas para la resolucin del espectro
(recomendado en la tabla 5 .5).
6. Nmero de promedios la muestra. Siempre debe de ser 1 segn lo
expresado antes en este mismo captulo.
7. Tipo de ventana recomendado es Hanning.
Para seguir con la configuracin se tiene que cargar la segunda solapa que
aparece en esta pantalla, esta es la de Signal Processing Parms que tiene
que ver con el procesamiento de la seal una vez que esta ha sido
capturada.
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Fig. 5.16 Configuracin para el procesamiento de la seal.
Aqu es donde realmente se configura la herramienta de Peakvue.
Aspectos importantes que se deben de considerar:
1. El mtodo de procesar la informacin Peakvue.
2. Seleccionar el filtro pasa alto segn recomendacin de la tabla 4.31.
Por ltimo se debe de configurar lo referente al parmetro de la forma de onda,
en la solapa Waveform Parameters.
Fig. 5.17 Configuracin del la forma de onda.
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Los aspectos importantes que se deben tener en cuenta para esta
configuracin son:
1. Trabajar en rdenes como la unidad de la mxima frecuencia.
2. Especificar la mxima frecuencia que se debe muestrear.
3. Nmero de puntos remendado 2048.
4. Datos de la unidad en la que se trabajara, sta debe de estar en
trminos de la aceleracin.
Por ltimo, una vez configurado todo lo anterior, al presionar la tecla OK
aparecer una pantalla en la que se pregunta el ancho del espectro en el que
dispondrn posteriormente las alarmas.
Fig. 5.18 Paramtrizacion del espectro.
Lo que se recomienda es no parcelar el espectro, por lo que debe de
especificar todo en acho de banda que posee el espectro. Como en la figura
5.18.
5.6.3 Configuracin de los lmites de alarmas.
Si se recuerda en la figura 5.7 existen tres aspectos que se deberan
configurar, ya se configuro el punto y cre tambin el parmetro de adquisicin
que se vincul al punto antes creado. Lo que esta faltando que hacer es crear y
vincular el parmetro que conserva los limites de alarmas. Se accede a esta
configuracin haciendo doble click en la frase Alarm Limit Set Information.
Una vez seleccionada esta opcin se despliega una pantalla en la que se
muestran los parmetros ya creados, pero como lo que se requiere es crear un
nuevo parmetro, lo que se debe hacer es presionar la tecla Add Set.
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Lo que aparecer en pantalla en esta ocasin es un mensaje para que se
identifique el nuevo parmetro.
Una vez identificado este parmetro se desplegara una pantalla como la de la
figura 5.19.
Fig. 5.19 Configuracin de los lmites de alarma.
Los aspectos importantes que se deben de tener en cuenta en esta
configuracin son los siguientes:
1. Nombrar el parmetro para su posterior identificacin.
2. Es recomendable solo acotar los lmites de alarmas para la forma de
onda segn normas internacionales permisibles en una primera instancia
luego, estas con la informacin recolectada, se pueden ajustar.
3. La unidad de medida de estos lmites tienen que ser en aceleracin.
Una vez otorgado esta informacin, se esta en condiciones de comenzar con el
trabajo.
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5.7 ASPECTOS IMPORTANTE DE TENER EN CUENTA EN EL TRABAJO
CON PEAKVUE.
Cuando se trabaja con Peakvue se debe ser cuidadoso en todos los aspectos.
Esta recomendacin es valida desde que se configura el punto de Peakvue,
pasando por como se captura la seal y por ltimo como se analiza y se guarda
esta informacin.
Es debido a esto, que a continuacin se detallan varios puntos denominados
importantes para una buena aplicacin de la tcnica Peakvue.
En la creacin del parmetro de adquisicin de la seal estn definidos los pasos que se deben realizar en sistema de control para aplicar esta
tcnica. Por lo que se debe tener presente que la eleccin del filtro pasa
alto y el clculo de la frecuencia mxima de muestreo tienen que ser las
precisas.
La ubicacin del punto de Peakvue, es recomendable que se encuentre dentro de la rutina normal de chequeo de las maquinas. Es decir, que se
debern tomar las muestras de vibraciones con los espectros normales
e inmediatamente despus los de Peakvue. Esta recomendacin debe
de ser analizada por el equipo de mantenimiento predictivo, de manera
de ubicar los puntos de Peakvue segn lo requieran para no entorpecer
la gestin del mantenimiento.
El sensor que se debe ocupar obligatoriamente tiene que tener un ancho de banda frecuencial de al menos de 30 kHz.
El sensor obligatoriamente para la captura de la seal tiene que estar pegado o roscado al soporte a muestrear (ver ANEXO 6).
La direccin del sensor tiene que ser la de mayor carga del rodamiento. Esto vale decir, que si el rodamiento es vertical, la direccin del sensor
debe de ser esta. Tomar una muestra con el sensor en direccin axial,
en este caso no se justifica ya que las ondas de esfuerzo por lo general
se propagan en el sentido de la carga. Lo mismo corre para el caso de
que el rodamiento sea axial.
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El sensor para la muestra tiene que estar ubicado lo ms cerca posible del rodamiento (en el soporte), y si fuese posible en la zona de mayor
carga.
El sensor tiene que estar completamente apoyado sobre una superficie plana y preferentemente no pintada.
Con el orden y el respaldo de la informacin entregada al software se debe de ser sumamente cuidadoso.
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CAPITULO 6
ANLISIS EXPERIMENTAL
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6.1 INTRODUCCION AL ANLISIS EXPERIMENTAL.
Haciendo un recuento de los captulos anteriores, es han transmitido todos lo
conocimientos para implementar la tcnica del Peakvue. Pero, hasta aqu, no
se han mostrado los resultados que se han obtenido con las notas anteriores.
Este captulo cumple con el objetivo de presentar varios espectros obtenidos,
tanto en un banco de prueba como de casos reales.
Los casos reales, de los que se esta hablando, se trata de la implementacin
de esta tcnica en maquinas de proceso de la Planta Posecion de Enap,
especficamente en bombas y areo enfriadores. Guiadamente se escogieron
estas maquinas por sus velocidades nominales de trabajo, ya que en el caso
de las bombas, todas trabajan a 3000 rpm. En cambio los areo enfriadores
trabajan a un velocidad bastante menor 360 400 rpm.
De estas maquinas se obtuvieron un conjunto de espectros muy interesantes
en los cuales se pueden apreciar casos en que se sospecha que una falla
incipiente en los rodamientos es inminente.
6.2 DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA RELIZADA EN EL BANCO DE PRUEBA.
En la experiencia de laboratorio realizada para la implementacin de la tcnica,
se indujeron distintas fallas en el rodamiento de un soporte del banco de
ensayos, este rodamiento fue un 30203 que corresponde al tipo de cubeta
cnico para carga axial.
Fig. 6.1. Rodamiento axial (cubeta cnica).
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En esencia lo que se realizo en esta experiencia fue tomar los espectros de un
rodamiento en excelente estado y compararlo con otros rodamientos iguales en
caractersticas pero que se le indujeron fallas. Este proceso se llevo a cabo
segn los pasos descritos a continuacin:
1. Configuracin de los puntos de Peakvue para el banco de prueba.
2. Montar placas de anclaje en los soportes para los acelermetros.
3. Cargar la configuracin en el recolector de seales.
4. Medir los puntos segn sistema tradicional con rodamientos buenos.
5. Descargar la informacin obtenida en el software de anlisis.
6. Anlisis de los resultados en el software.
7. Repetir la operacin con todos los rodamientos que se les a provocado
una falla.
6.3 DESCRIPCION DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS ULTILIZADOS EN LA EXPERIENCIA.
En esta experiencia se utilizaron las siguientes herramientas:
1. Banco de pruebas: este banco esta dispuesto de un motor elctrico trifsico, que acciona, por intermedio de una correa, un eje que esta
soportado sobre dos rodamientos. En el soporte 1 rodamiento 30203 de
cubetas cnico (de rodillos), en tanto en el soporte 2 se encuentra un
rodamiento 6203 de carga vertical (de bolas).
Fig. 6.2 Banco de pruebas para rodamientos.
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El banco de pruebas, mostrado en la figura 6.2, tiene la capacidad de
cambiar los rodamientos y variar la velocidad.
2. Acelermetro piezoelctrico de 60 kHz de marca CSI: Los acelermetros piezoelctricos basan su funcionamiento en el efecto
piezoelctrico, fenmeno presentado por determinados cristales que
adquieren una polarizacin en su masa y cargas elctricas en su
superficie al ser sometidos a tensiones mecnicas (efecto directo), y que
se deforman bajo la accin de fuerzas internas al ser sometidos a un
campo elctrico (efecto inverso).
Los materiales que presentan esta propiedad pueden ser cristales
naturales o sintticos, minerales u orgnicos que no poseen centro de
simetra. El efecto de una compresin o un cizallamiento sobre el cristal,
provoca una deformacin y un movimiento de cargas debido a la
disociacin de los centros de gravedad de las cargas positivas y de las
cargas negativas, apareciendo de este modo dipolos elementales en la
masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies
enfrentadas. Cabe sealar la extremada proporcionalidad entre la fuerza
aplicada y la seal de la carga generada.
Fig. 6.3 Principio de funcionamiento de los acelermetros piezoelctricos.
3. Cable blindado CSI: se utilizan cables blindados para no tener perturbaciones en el transporte de la seal.
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Fig. 6.4 Cables blindados para capturar seales vibratorias.
4. Recolector de seales CSI 2120 con dos canales: el CSI 2120 funciona con el software RBMware, en el cual se configuran las rutas de
maquinas y puntos de medicin que mas tarde se le comunicaran al
recolector.
Entre las variadas funciones que se pueden realizar con el CSI 2120 se
destaca, la posibilidad de capturar datos en la orden establecida por la
configuracin, o tambin se puede realizar esta operacin en forma
aleatoria no cumpliendo el orden preestablecido en la configuracin.
Este hecho no es de menor importancia, ya que por ejemplo cuando se
configuran las bombas que trabajan en el proceso de una planta, se
ingresan todas siguiendo con un nmero designado, sin pensar que en
el momento que se requiera muestrear alguna de estas estn fuera de
servicio, este hecho trabara el sistema, de no tener la posibilidad de
saltar la maquina.
Otra de las particularidades del CSI 2120 es que tiene dos canales por
los que puede capturar seales de vibracin simultneamente. De aqu
es que este recolector puede analizar rbitas, medir coherencia o
simplemente ver la medicin de dos puntos simultneos.
Por ultimo dentro de las funciones que restan se menciona la posibilidad
que entrega este equipo de configurar puntos fuera de ruta, funcin
sumamente til para medir puntos que el operador requiera en terreno.
Para esto el operador, con el conocimiento necesario, solo deber crear
el punto que requiere medir. Con la ayuda de esta funcin se facilita que
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el operador pueda ver el estado de algn punto no configurado que
cause dudas.
Fig. 6.5 Recolector de seales CSI 2120.
5. Software de anlisis RBMware de CSI: este software ms que un analizador de vibraciones, es un paquete de varias tcnicas predictivas,
que fue diseado para respaldar la confiabilidad en el programa de
mantenimiento.
Fig. 6.6 Portada de inicio de software RBMware.
Esto argumenta el nombre del RBM, que significa en ingles Reliability
Based Maintenance, que se puede traducir como mantenimiento basado
en fiabilidad o mejor en la confiabilidad, que ms que un simple nombre
es el concepto de mantenimiento a nivel mundial.
El paquete de software incluye otras tcnicas del mantenimiento
predictivo a parte de vibraciones como: tribologa, termografa,
ultrasonidos y anlisis de motores elctricos.
El software fue diseado para trabajar en plataforma Microsoft Windows
de 32 bits y es por esto que el programa es compatible con Windows 95,
Windows 98 y Windows 2000.
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Por otro lado, CSI adapto este analizador para que sea compatible con
sus equipos de captura 2115, 2117, 2120 y con la serie de recolectores
porttiles 8000 (recolectores de seales).
El software RBMware presenta un ambiente de programacin y anlisis
muy agradable, ya que sus herramientas de anlisis, configuracin y
tcnica de anlisis que se quiere usar, funcionan en un ambiente
Windows bastante conocido por cualquier individuo que maneje un
computador a nivel de usuario.
6.4 MUESTRA Y ANALISIS DE LOS DATOS OBTENIDOS.
Para esta experiencia de laboratorio se estudiaron dos tipos de fallas en los
rodamientos 30203. Ambas fallas se localizaron sobre la pista externa, por un
asunto prctico ya que sobre esta pista se puede apreciar claramente la falla
provocada, dejando en evidencia la magnitud y la cantidad de dao. Otro factor
importante es la velocidad de giro del banco de pruebas que, para este estudio,
se decidi dejar constante para ambos casos en 18 Hz. (mas adelante se
estudiara como varia la deteccin de fallas en funcin a la velocidad).
En base a lo anterior, las fallas que se estudiaron son:
1. Una raya transversal al sentido de giro, en la pista exterior, del todo el
ancho de esta (caso de falla leve). 2. Varias rayas transversales al sentido de giro, localizadas en cuatro
zonas de la pista externa y del ancho de la pista externa (caso de falla avanzada).
6.4.1 ANLISIS DE CASO LEVE DE FALLA EN UN RODAMIENTO.
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Como se explico anteriormente, en este caso la falla consisti en una raya
sobre la pista externa. Este detalle se puede apreciar en la figura 6.7.
Fig. 6.7 Fisura en pista exterior del rodamiento examinado.
En la figura 6.7 se muestra una fotografa de la fisura, tomada con un
microscopio. Esta fisura que esta localizada sobre la pista exterior, se gener
de forma tal que fuese lo menos perceptible, simulando una falla incipiente
sobre el rodamiento.
A continuacin se muestra el espectro que fue obtenido del soporte donde se
encontraba trabajando el rodamiento cuya falla esta expuesta en la figura.
Fig. 6.8 Espectro Peakvue con filtro a 5000 Hz de una falla generada en la pista exterior.
En el espectro mostrado en la figura 6.8 se utilizo un filtro pasa alto de 5000
Hz. Con esto se obtuvo el espectro de la envolvente del cual se deduce q