El análisis de vibraciones es principalmente una habilidad aprendida. Se basa en un 70 por ciento en la experiencia y un 30 por ciento en la capacitación en el aula y el autoaprendizaje. Lleva años convertirse en un analista de vibraciones seguro y competente. Cuando el análisis es incorrecto, las recomendaciones de reparación también serán incorrectas. Ningún analista de vibraciones quiere tomar la decisión equivocada. En este negocio, la credibilidad se gana en pequeños pasos y se pierde en grandes trozos.
Un sensor de vibración colocado en una carcasa de cojinete y conectado a un analizador de vibraciones proporciona información de tiempo, frecuencia y amplitud en forma de forma de onda y espectro (Figura 1). Estos datos son la base para el análisis de vibraciones. Contiene las firmas de casi todos los defectos mecánicos y eléctricos presentes en la máquina.
Figura 1. Forma de onda y espectro de vibración
El proceso de análisis de vibraciones implica determinar la gravedad de la vibración, identificar frecuencias y patrones, asociar los picos y patrones con componentes mecánicos o eléctricos, formar conclusiones y, si es necesario, hacer recomendaciones para la reparación.
Todos los involucrados en el análisis de vibraciones saben que el análisis de vibraciones no es fácil ni automatizado. ¿Alguna vez te has preguntado por qué? Aquí hay algunas razones:
1) Las máquinas Tienen Múltiples Fallas: Los patrones de vibración que aprendemos en el entrenamiento y sobre los que leemos en los libros simplemente no se ven iguales en el mundo real. Aprendemos cómo se ven las fallas mecánicas y eléctricas en su forma más pura, como si siempre hubiera un solo problema en la máquina que causa vibración. Las máquinas suelen tener más de una falla que produce vibraciones. Como mínimo, todas las máquinas tienen algún desequilibrio y desalineación. Cuando se desarrollan otras fallas, la forma de onda y el espectro se complican rápidamente y son difíciles de analizar. Los datos ya no coinciden con los patrones de fallas que hemos aprendido.
2) Vibración de causa y efecto: Para cada acción, hay una reacción. Parte de la vibración que medimos es el efecto de otros problemas. Por ejemplo, la fuerza causada por el desequilibrio del rotor puede hacer que la máquina parezca que está fuera de alineación, suelta o rozando. Considere todas las cosas que sacuden y traquetean en su automóvil cuando una llanta pierde el equilibrio.
3) Muchos Tipos De Fallas Tienen Patrones Similares: Debido a que los rotores de las máquinas giran a una velocidad particular, y la vibración es una fuerza cíclica, muchas fallas mecánicas y eléctricas exhiben patrones de frecuencia similares que dificultan la distinción entre una falla y otra.
Aprender a analizar vibraciones solo lleva tiempo. Se dispone de cursos de capacitación, publicaciones técnicas y otros recursos, como recursos en línea y material comercial de autoaprendizaje, que pueden mejorar las habilidades de análisis y acortar la curva de aprendizaje.
Hay una técnica de diagnóstico que llega rápidamente a la fuente de la mayoría de los problemas de vibración. Es posiblemente la más poderosa de todas las técnicas de diagnóstico de vibraciones. Ha existido tanto como el análisis de vibraciones en sí, pero no ha recibido mucha atención, y es raro encontrar buena información sobre el tema. ¿Qué es esta técnica? Se llama análisis de fase.
¿Qué es Phase?
Fase es la posición de una pieza giratoria en cualquier momento con respecto a un punto fijo. La fase nos da la dirección de vibración. El ajuste del motor de un automóvil mediante una luz de sincronización y un sensor inductivo es una aplicación de análisis de fase (Figura 2).
Figura 2. El ajuste del motor mediante una luz de sincronización es un análisis de fase.
Un estudio de fase es una colección de mediciones de fase realizadas en una máquina o estructura y evaluadas para revelar información sobre el movimiento relativo entre los componentes. En el análisis de vibraciones, la fase se mide utilizando técnicas absolutas o relativas.
La fase absoluta se mide con un sensor y un tacómetro que hacen referencia a una marca en el eje giratorio (Figura 3). En cada punto de medición, el analizador calcula el tiempo entre el disparador del tacómetro y la siguiente vibración de pico de forma de onda positiva. Este intervalo de tiempo se convierte en grados y se muestra como la fase absoluta (Figura 4). La fase se puede medir a la frecuencia de rotación del eje o a cualquier múltiplo de número entero de velocidad del eje (frecuencias síncronas). Se requiere fase absoluta para equilibrar el rotor.
Figura 3. Medición de fase absoluta
La fase relativa se mide en un analizador de vibraciones multicanal que utiliza dos o más sensores de vibración (de tipo similar). El analizador debe ser capaz de medir la fase de canal cruzado. Un sensor de un solo eje sirve como referencia fija y se coloca en algún lugar de la máquina (normalmente en una carcasa de cojinete). Otro sensor de un solo eje o triaxial se mueve secuencialmente a todos los demás puntos de prueba (Figura 5). En cada punto de prueba, el analizador compara las formas de onda entre los sensores fijos y móviles. La fase relativa es la diferencia de tiempo entre las formas de onda en una frecuencia específica convertida en grados (Figura 6). La fase relativa no requiere un tacómetro, por lo que la fase se puede medir a cualquier frecuencia.
Figura 5. Medición de fase relativa
Figura 6. Fase relativa Calculada Entre dos Formas de onda de vibración
Ambos tipos de mediciones de fase son fáciles de realizar. La fase relativa es la forma más conveniente de medir la fase en una máquina porque la máquina no necesita detenerse para instalar cinta reflectante en el eje. La fase se puede medir a cualquier frecuencia. La mayoría de los analizadores de vibraciones de un solo canal pueden medir la fase absoluta. Los analizadores de vibraciones multicanal, como el VibXpert de Pruftechnik ilustrado en la Figura 7, tienen funciones estándar para medir tanto la fase absoluta como la relativa.
Figura 7. Analizador de vibraciones de 2 canales VibXpert de Pruftechnik
Cuándo usar Análisis de fase
Todo el mundo necesita análisis de fase. Se debe realizar un estudio de fase en máquinas problemáticas cuando la fuente de la vibración no está clara o cuando es necesario confirmar las fuentes sospechosas de vibración. Un estudio de fase puede incluir puntos medidos solo en los rodamientos de la máquina o puede incluir puntos en toda la máquina desde la base hasta los rodamientos. Los siguientes son ejemplos de cómo phase puede ayudar a analizar la vibración.
Pie blando
El término pie blando se utiliza para describir la distorsión del marco de la máquina. Puede ser causada por una condición en la que el pie de un motor, bomba u otro componente no es plano, cuadrado y ajustado a su montaje, o muchas otras cosas, como errores de mecanizado, pies doblados o retorcidos y superficies de montaje no planas. El pie blando aumenta la vibración y ejerce una presión indebida sobre los cojinetes, los sellos y los acoplamientos. El pie blando en un motor distorsiona la carcasa del estator creando un espacio de aire no uniforme entre el rotor y el estator, lo que resulta en vibraciones a dos frecuencias de línea.
Se debe utilizar un buen sistema de alineación de ejes láser para verificar el pie blando aflojando los pies de la máquina uno a la vez.La fase
se puede utilizar para identificar el pie blando mientras la máquina está en funcionamiento. Medir la fase vertical entre el pie y su superficie de montaje. Si la junta está apretada, el ángulo de fase es el mismo entre las superficies. Si el ángulo de fase es diferente en más de 20 grados, el pie está suelto o el bastidor de la máquina está agrietado o endeble. La Figura 8 es un ejemplo del desplazamiento de fase a través de un pie blando.
Figura 8. Un cambio de fase entre el pie y la montura puede indicar un pie blando.
Los rodamientos acoplados y los ejes doblados
La fase se utiliza para detectar rodamientos acoplados y ejes doblados. Mida la fase en cuatro ubicaciones axiales alrededor de la carcasa del rodamiento. Si el rodamiento está acoplado o el eje está doblado a través del rodamiento, la fase será diferente en cada ubicación. Si el eje es recto y el rodamiento no se tuerce, la fase será la misma en cada lugar (Figura 9).
Figura 9. La fase identifica el movimiento del rodamiento en el plano o en torsión.
Confirmar desequilibrio
Una vibración radial una vez por revolución generalmente significa desequilibrio del rotor. Use la fase para demostrar que el desequilibrio es el problema. Para confirmar el desequilibrio, mida la fase horizontal y vertical en un soporte de eje o cojinete. Si la diferencia entre los valores de fase es de aproximadamente 90 grados, el problema es el desequilibrio del rotor (Figura 10). Si la diferencia de fase está más cerca de cero o de 180 grados, la vibración es causada por una fuerza de reacción. Una polea excéntrica y la desalineación del eje son ejemplos de fuerzas de reacción.
Figura 10. Desplazamiento de fase horizontal a Vertical de aproximadamente 90 Grados Confirma Desequilibrio
Flojedad, Flexión o torsión
La fase se utiliza para detectar articulaciones sueltas en estructuras y flexión o torsión debido a debilidad o resonancia. Para comprobar la holgura, mida la fase vertical en cada junta mecánica, como se indica en las flechas de la Figura 11. Cuando las articulaciones están sueltas, habrá un cambio de fase de aproximadamente 180 grados. El ángulo de fase no cambiará a través de una junta apretada.
Figura 11. Un cambio de fase entre uniones atornilladas indica flojedad.
Desalineación del eje
La desalineación del eje se verifica fácilmente con la fase. Mida cada rodamiento en las direcciones horizontal, vertical y axial. Registre los valores en una tabla o diagrama de burbujas como se muestra en la Figura 12. Compare la fase horizontal de rodamiento a rodamiento en cada componente y a través del acoplamiento. Repita la comparación utilizando datos verticales y luego axiales. Una buena alineación no mostrará un cambio de fase sustancial entre los rodamientos o a través del acoplamiento. La máquina de la Figura 12 tiene un desplazamiento de fase de 180 grados a través del acoplamiento en las direcciones radiales. Las direcciones axiales están en fase a través de la máquina. Los datos indican desalineación del eje paralelo (desplazamiento).
Figura 12. Los datos de fase Indican Desalineación del eje paralelo
Formas de deflexión operativas
En lugar de comparar los números de fase y magnitud de una tabla o diagrama de burbujas, se puede utilizar el software de formas de deflexión operativa (ODS) para animar un dibujo de máquina. Un ODS es una técnica de medición utilizada para analizar el movimiento de equipos y estructuras rotativas durante el funcionamiento normal. Un ODS es una extensión del análisis de fase en la que se anima un modelo de la máquina generado por computadora con datos de fase y magnitud o formas de onda de tiempo medidas simultáneamente. La animación se analiza visualmente para diagnosticar problemas. Las pruebas de ODS pueden identificar una amplia variedad de fallas mecánicas y problemas de resonancia, como flojedad, pie blando, soldaduras rotas, desalineación, desequilibrio, flexión o torsión por resonancia, debilidad estructural y problemas de cimentación.
La figura 13 es un ODS simple de tres ejes de acoplamiento directo. La fase y la magnitud se midieron a partir de sondas de desplazamiento X e Y montadas permanentemente en un generador de turbina. Los valores enumerados en el cuadro se utilizaron en el software ODS para animar un dibujo de figuras de palo de los ejes de turbina de alta y baja presión y el eje del generador. La imagen a la derecha de la tabla es una captura de la animación ODS que muestra el patrón de vibración de cada eje y el movimiento relativo entre ejes a 3.600 ciclos por minuto (velocidad de giro).
Figura 13. Forma de deflexión operativa del eje
Muchas máquinas vibran debido a cimientos deteriorados, flojedad, resonancia de la estructura de soporte y otros problemas que ocurren debajo de los cojinetes de la máquina. Un estudio de fase puede incluir cientos de puntos de prueba medidos en toda la máquina y la base. Un buen software ODS puede facilitar el análisis de datos de fase y magnitud de un gran número de puntos de prueba. El análisis de un ODS implica la observación e interpretación de la máquina en movimiento. La Figura 14 es un dibujo de estructura de ODS de una bomba vertical.
Figura 14. Dibujo de Estructura de Forma de Deflexión Operativa de Bomba Vertical
Conclusión
Las pruebas de vibración basadas en condiciones son un componente vital de un programa de mantenimiento basado en la confiabilidad. Los sensores de vibración, los instrumentos y el software pueden proporcionar información clave sobre el estado de la máquina. El eslabón débil de la cadena es la capacidad del analista para interpretar los datos, diagnosticar con precisión el problema y tender la falla hasta que sea el momento de recomendar una acción correctiva. El análisis de fase es una herramienta de diagnóstico muy potente. Cada analista de vibraciones debe usar phase para mejorar la precisión del análisis de vibraciones.
Sobre el autor:
Tony DeMatteo es analista de vibraciones e instructor de capacitación técnica con 4X Diagnostics LLC, una empresa de servicios y capacitación que brinda servicios de consultoría, tutoría y capacitación en medición de diagnóstico, análisis, prueba de forma de desviación operativa y análisis modal. Puede comunicarse con él al 585-293-3234 o www.4xdiagnostics.com.
Tony DeMatteo es analista de vibraciones e instructor de capacitación técnica de 4X Diagnostics LLC, una empresa de servicios y capacitación que brinda servicios de consultoría, tutoría y capacitación en diagnóstico…