Recolectar datos para el análisis de vibraciones: ¿Qué debes tener en cuenta?

¿Que debes tener en cuenta al recolectar datos para el análisis de vibraciones? El análisis de vibraciones ayudará a evitar que un pequeño fallo evolucione y se convierta en un verdadero desastre. Lo más importante del análisis de vibraciones es saber recolectar datos. Lo primero es recoger los datos completos. Esto significa, obtener una huella de vibración de espectro completo en tres ejes (horizontal, vertical, y axial) a ambos extremos del motor y el equipo impulsado.

Veamos cómo recolectar datos para el análisis de vibraciones

Cuando se observa una huella de vibración, esta ayuda a pensar en múltiplos de la velocidad de rotación. Porque no todo el equipo de la planta opera a la misma velocidad, esto simplifica el análisis. El desbalance del rotor, por ejemplo, usualmente se muestra a la velocidad de rotación. Los problemas mecánicos, tales como un eje doblado, mal acoplamiento, o alojamiento de cojinete sobredimensionado, tienden a aparecer al doble de las rpms.

Las frecuencias de vibración a múltiplos superiores que la velocidad de rotación, se corresponden con el número de componentes en una parte rotativa específica, tal como el número de bolas de un cojinete. Otras fuentes de frecuencias de vibración a múltiplos de la velocidad de rotación, pueden ser aspas de ventiladores, álabes del impulsor, barras de rotores o ranuras del estator, o alguna combinación de estos.

La velocidad que aparece en la placa de identificación no es la velocidad exacta del motor, esta se basa en el promedio de velocidad de los fabricantes para ese diseño de motor en particular. La velocidad actual de un motor de inducción es siempre más baja que la velocidad sincrónica. Asegúrate de considerar esto, especialmente cuando mire en altos rangos de frecuencia. Usando un sincronizador de rpm de 1800, por ejemplo, podría proponer a un técnico la búsqueda de algo con 53 componentes si hay un pico a 95.400 rpm (95.400/1800 = 53). Si la velocidad de marcha fue 1.766 rpm, el mismo pico en 95.400 cpm indicaría 54 barras de rotor (95.400/1766 = 54).

Los cojinetes de bolas o rodillos tienen varias frecuencias específicas asociadas. La frecuencia de pase de bolas, por ejemplo, depende del número de elementos rodantes en un rodamiento en particular. Preste atención a las diferencias en los complementos de un tamaño particular de rodamiento entre los fabricantes. Un fabricante puede usar 8 bolas en un rodamiento en particular; otro puede usar 9 en el mismo rodamiento. Observe también los rodamientos “max”, estos son diseñados con más bolas que los rodamientos estándar para incrementar su capacidad de carga.

El número de bolas y la velocidad actual del motor son los factores usados para la determinación de la frecuencia a la cual se espera que un elemento de rodamiento presente problemas. Los defectos en las pistas interna y externa se muestran también a frecuencias específicas. Debido a que la circunferencia de la pista externa del rodamiento es más grande que la interna, el rango al que las bolas pasan por un defecto de pista será diferente.

Los programas para recolectar datos para el análisis de vibraciones, almacenan esta información de rodamientos en una base de datos. Para hacer lo mejor de estos programas, sin embargo, ayuda trabajar con un centro de servicio que provea reportes de reparación detallados, incluyendo tamaño y fabricante de los rodamientos. Esto elimina las conjeturas cuando surge un problema.

Las fuerzas aerodinámicas o hidrodinámicas se muestran ocasionalmente en la huella de vibración. Si un motor trabaja a 1.775 rpm y tiene 7 aspas de ventilador, un pico puede ocurrir a 12.425 cpm (1.775 x 7 = 12.425). Una bomba con un rotor de 5 álabes rotando a 1.450 rpm podría tener un pico a 7.250 cpm. Normalmente, estos picos son de baja magnitud.

Si bien es interesante, no es importante, a no ser que ocurran problemas de frecuencia de resonancia. Si la amplitud del pico aumenta significativamente desde la última lectura, esto podría indicar un problema en desarrollo, como un aspa de ventilador de alta pasando por una protuberancia o un álabe de un rotor dañado.

La resonancia se convierte en un problema cuando la frecuencia natural del ensamblaje completo está cerca de la frecuencia vibratoria de una parte del sistema rotatorio. Con el equipo existente, esto sólo ocurre cuando algo se cambia. Instalando una bomba o motor de reemplazo más ligero, por ejemplo, se puede alterar la frecuencia natural  lo suficiente como para crear un problema de resonancia.

Las lecturas altas indican un problema de resonancia a 1.200 cpm (las rpm del motor) que ocurrieron cuando una nueva placa base fue instalada en un motor y bomba. Esto fue verificado por una prueba de impacto. La estructura de soporte del motor que lo eleva hasta alinearlo con la bomba literalmente sonó como una campana, resonando a 1.200 cpm. Si hay dudas, la prueba de impacto es una manera rápida de identificar problemas de resonancia.

A veces, un operador identificará un pico a muy alta frecuencia de 30.000 cpm o más alta. Esto usualmente corresponde la frecuencia de paso de una barra, o ranura, de rotor. Estas frecuencias son múltiplos de la velocidad de marcha, por lo que serán mayores para motores de alta velocidad que para los de baja velocidad. Por ejemplo, un motor de 150 hp con 65 barras de rotor que opera a 3.565 rpm debe tener una frecuencia de paso de barra de 231.725 cpm (3.565 x 65 = 231.725). En contraste, un rotor de 65 barras rotando a 300 rpm exhibirá una frecuencia de paso de barras de 19.500 cpm (300 x 65 = 19.500).

Las barras defectuosas en el rotor generalmente incrementan la amplitud y la frecuencia del paso de las barras del motor. Las barras del rotor defectuosas usualmente causan un par de bandas simétricas de 1 Hz de tamaño, que aparecen como picos adicionales horquillando la frecuencia de paso del rotor en el motor.

En sistemas de 60 Hz, los problemas eléctricos casi siempre se muestran a 7.200 cpm (60 ciclos por segundo x 60 segundos x 2 = 7.200 cpm). Las posibles causas incluyen:

• Desbalance de voltaje,
• Zanja de aire excéntrica que puede ser el resultado de un alojamiento de cojinete descentrado o sobredimensionado,
• Un eje de motor doblado entre los cojinetes,
• Barras del rotor defectuosas, o
• Vueltas cortadas en un rotor sincrónico.

Cortar la energía mientras se monitorea la huella de vibración es un efectivo chequeo para los problemas eléctricos. Si un pico de 7.200 cpm desaparece instantáneamente cuando la energía es cortada, el problema es de naturaleza eléctrica. Si la amplitud del pico decrece lentamente, el problema es mecánico. Esta prueba es especialmente útil para diferenciar entre un problema eléctrico y un alojamiento de rodamiento flojo en un motor de 2 poleas, pero puede operar a 3.575 rpm x 2 = 7.150. Diferenciar entre las dos frecuencias requiere de un operador cuidadoso.

Los variadores de frecuencia hacen que la interpretación de datos sea aún más retadora, ya que el motor de inducción accionado por inversor puede operar muy por debajo de la velocidad que dice la placa de identificación. Incluso los problemas eléctricos son más difíciles de diagnosticar, porque la frecuencia varía. Como punto de referencia, se puede conocer y registrar la velocidad actual cuando se recolectan los datos de vibración.

Las nuevas generaciones de analizadores de transformada rápida de Fourier pueden indicar un pico a muy alta frecuencia, un pico no identificado antes por los viejos equipos. A menos que sea de una magnitud considerable, o la amplitud aumente con el tiempo, esto usualmente no indica algún problema. Un reporte de la aparición repentina de un pico a alta frecuencia puede indicar que la tecnología de vibraciones tiene un nuevo analizador, en lugar de un problema de maquinaria.

Las lecturas axiales altas, generalmente indican desalineación. La causa puede ser externa, como desalineación de los acoplamientos; o interna, como desajuste mecánico o un eje doblado. El desajuste puede involucrar un acople gastado, un alojamiento sobredimensionado, o en un motor de cojinete de casquillo (bocina), exceso de claridad eje-cojinete.

Normalmente, la magnitud de lecturas axiales no es más que la mitad de las lecturas radiales. Una llamada alta lectura axial, podría no ser de alta magnitud absoluta pero más bien desproporcionadamente alta en comparación con las lecturas radiales. Una lectura de velocidad de 0,08 en el eje vertical es mayor que una lectura de 0,06 axial, pero es más probable que la lectura axial sea la que indique un problema. 

Con un poco de intuición y una huella de vibración de tres ejes tomada a ambos extremos del impulsor y ambos extremos del equipo impulsado, no es difícil identificar la fuente de un problema.

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