Para hablar de conceptos del análisis de vibraciones mecánicas en máquinas rotativas, el primer paso es mencionar que una vibración es una oscilación alrededor de un punto de equilibro. Esta posición de equilibro es cuando las fuerzas que actúan sobre el objeto tienen una resultante cero.
La señal muestra el desplazamiento de la vibración. Cuando la masa de desbalance está arriba, la señal alcanza su máxima amplitud positiva. Cuando el desbalance está en las posiciones intermedias, la amplitud de la vibración es cero. Cuando el desbalance está abajo, la señal alcanza su valor mínimo. La señal mostrada representa un período, este período es igual a la velocidad de rotación del eje.
La vibración que en la práctica se mide no solo depende de las fuerzas cíclicas internas, también depende de la rigidez y la atenuación de las vibraciones en la máquina. Esto se conoce como impedancia mecánica.
Los parámetros de las vibraciones mecánicas en máquinas rotativas son:
- Amplitud Pico: Es la amplitud máxima de la señal desde el punto de equilibrio.
- Amplitud Pico-Pico: Es la diferencia desde el valor pico negativo al valor pico positivo.
- Amplitud RMS: Es la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de la señal. En el caso de una señal senoidal pura, el valor RMS es 0.707 veces el valor pico.
- Período (T): Es el tiempo que el sistema necesita para completar un ciclo, es decir, cuando el sistema alcanza la posición inicial viniendo de la misma dirección, como se muestra en la siguiente figura.
Frecuencia de las vibraciones mecánicas en máquinas rotativas
La frecuencia es el número de ciclos completados en un período de tiempo, generalmente en un minuto (CPM) o en un segundo (Hz). Es importante entender el concepto de frecuencia en equipo rotativo. La forma más sencilla de entenderlo es tomando como ejemplo la rotación del eje. Como sabemos las RPM de los datos de la máquina, esta es la frecuencia de rotación del equipo.
Fase de las vibraciones mecánicas en máquinas rotativas
Si se consideran dos ejes rotando a la misma velocidad y con el mismo peso de desbalance en una de sus aspas. La diferencia es que los pesos no son colocados en el misma posición angular en ambos rotores.
El eje rojo de la figura va a tener la misma forma de onda que el eje negro pero con un pequeño retraso (vemos escala del tiempo). La fase es ese retraso en el tiempo cuando un evento ocurre relativo al otro (por ejemplo tomando como referencia el punto de equilibrio). Sin embargo, la fase es medida en grados, esto es debido a que se consideran las ondas senoidales de dos señales de vibración.
Medición de la Fase de las vibraciones mecánicas en máquinas rotativas
Lo difícil de entender con la fase de las vibraciones mecánicas en máquinas rotativas es que se puede tener una diferencia de fase midiendo en el mismo rotor. De hecho, ésta es la razón por la cual la medición de fase es una herramienta útil para el diagnóstico de máquinas.
Lo primero a considerar en la medición de fase es la referencia. Se pueden tener dos referencias en la práctica: Una señal de tacómetro u otra señal de vibración a la misma frecuencia. Si se utiliza una señal de disparo de un tacómetro se tiene una referencia real de la posición del eje, si se define una marca en la posición angular como nuestro cero, obtenemos una fase absoluta.
Si utilizamos como referencia otra señal de vibración a la misma frecuencia, se mide una fase relativa entre las dos señales, tal como se muestra en la diapositiva. Generalmente se mide la diferencia de fase a la frecuencia de rotación del eje.
En la figura se pueden observar los parámetros medidos para cada transductor: Una señal de 2.6 mm/s a 250º y otra señal a 2.1 mm/s a 60º. Esta medida de fase de 250º y 60º es absoluta, es decir, medida respecto a una señal tacométrica (T), la diferencia de fases (190º) es la fase relativa entre las dos señales.
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