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Vibraciones mecánicas en máquinas rotativas

Conceptos del análisis de vibraciones mecánicas en máquinas rotativas

octubre 7, 2019 by REDACCIÓN

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.

En maquinaria rotativa, como las bombas y ventiladores, las vibraciones son generadas por las fuerzas cíclicas internas producidas en el interior de la máquina. Si, por ejemplo, se considera un eje desbalanceado, se genera una señal sinusoidal de la vibración del rotor como se muestra en la diapositiva.

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.

Vibraciones mecanicas en máquinas rotativas

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.

En una máquina ocurren muchos eventos en la medida en que se produce una revolución. Estos eventos ocurren intrínsecamente debido al diseño de la máquina y su función. Las frecuencias de esos eventos dependen normalmente de la frecuencia de rotación y pueden ser calculados y visualizados en los patrones de vibración de una máquina.

 

Fase de las vibraciones mecánicas en máquinas rotativas

Vibraciones mecanicas 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.

Vibraciones mecanicas en máquinas rotativas

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.

Vibraciones mecanicas en máquinas rotativas

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.

De forma general, en la práctica se utiliza fase relativa para diagnóstico de máquinas y fase absoluta para realizar balanceos de ejes.

Para conocer más sobre el análisis de vibraciones mecánicas en máquinas rotativas, le invitamos a suscribirte al Newsletter de Tecnología para la Industria, un boletín que en el cual recibirás información y vídeos actualizados sobre cómo incrementar la fiabilidad de las máquinas con actividades de mantenimiento predictivo, te permitirá conocer las nuevas soluciones disponibles en el mercado para optimizar las operaciones de su planta.

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