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VIBRACIONES MECÁNICAS
TEMA 5: Medida de Vibraciones
JMChH 13
Criterios de medida y evaluación para vibraciones relativas del eje
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Criterios de medida y evaluación para vibraciones relativas del eje
Criterio 1: Las vibraciones relativas del eje no deben de exceder ciertos valores máximos
Criterio 2: La variación en las vibraciones del eje respecto a los valores iniciales no deben exceder de ciertos límites
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Vibraciones relativas del eje
Vibraciones del eje en turbinas de vapor según VDI 2059-2
A→ Límite para operación contínua máquinas nuevas (recepción)
B→ Vibración todavía permitida para operación contínua (valor de alarma)
C→ Desconexión de máquinas (valor de disparo)
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Vibraciones relativas del eje
Vibraciones del eje según ISO 7919-5
A→ Límite máquinas nuevas (recepción) B→ Vibración para operación contínua C→ Límite para operación no contínua
Valor de alarma <1.25 x B Valor de disparo <1.25 x C
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Ejemplo de Diagnostico Frecuencial Análisis de una Soplante
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PROBLEMAS TÍPICOS EN MAQUINARIA ROTATIVA
Puntos de medida Extremo 1:
1-2 Radial y 3 Axial Extremo 2:
4-5 Radial y 6 Axial
Desequilibrio El desequilibrio se origina por no estar la masa uniformemente distribuida respecto del centro de giro del centro del rotor, de modo que el centro de gravedad y el centro de giro no coinciden. Tipos:
Estático Par Dinámico
Detección:
Tipo de desequilibrio
Frecuencia (cpm)
Amplitud respecto a los extremos
Fase respecto a los extremos
Dirección de medida
Estático 1xrpm Misma amplitud Misma fase Radial De par 1xrpm Misma amplitud Desfase de 180o Radial
Dinámico 1xrpm Diferente amplitud Fase cualquiera Radial
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Desalineación La desalineación es un problema extremadamente común. A pesar de los cojinetes “auto-alineantes” y manguitos de unión flexibles, es difícil alinear dos ejes y sus cojinetes de forma que no existan fuerzas que causen la vibración Tipos: (Acoplamientos de ejes)
Angular Longitudinal Mixta
Otros tipos: Desalineación entre eje y cojinete o rodamiento Detección: Puede ser confundido con desequilibrio en las medidas radiales. Frecuencia (cpm) Amplitud Dirección
1,2,3xrpm vib. axial es superior al 50% de la vib. radial (Angular)
Axial
1,2,3xrpm Mayor amplitud 2x (Longitudinal) Radial
Holguras y piezas sueltas Si uno de los pernos de sujeción estuviese flojo, por el desequilibrio residual, la fuerza de dicho desequilibrio produce un “levantamiento”, que se repetiría cuando dicha fuerza no fuese suficiente para compensar el peso del cuerpo (2 impactos por vuelta). Detección:
Frecuencia (cpm)
Amplitud Dirección de medida
2,4,6xrpm Amplitud de la vib. más alta en la dirección de la holgura
Radial
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Rodamientos Defectos en rodamientos de bolas o rodillos
Do
DiDb
EjeBola
ϕ
D0= Diámetro exterior Di= Diámetro interior
Dm= Diámetro circunferencia del centro de bola (D0+Di)/2
DB= Diámetro de bola Nb=Nº de bolas del rodamiento ϕ= Ángulo de contacto de bola
ω= Velocidad de giro del eje (rpm)
Frecuencias características Tipo Frecuencia (en cpm) Problema
Frecuencia giro de bola
i obola
b o i
D Df
D D Dω=
+
2
21 cos2
m bbola
b m
D Df
D Dω
ϕ = −
Defecto en bolas
Frec. paso de bola por anillo
exterior
ibext b
o i
Df N
D Dω=
+ 1 cos
2b b
bextm
N Df
Dω
ϕ
= −
Defecto en
anillo exterior
Frec. paso de bola por anillo
interior
obint b
o i
Df N
D Dω=
+ 1 cos
2b b
bintm
N Df
Dω
ϕ
= +
Defecto en
anillo interior
Frec. de translación o
arrastre (jaula)
ijaula
o i
Df
D Dω=
+ 1 cos
2b
jaulam
Df
Dω ϕ
= −
Desgaste severo por
el uso Frecuencias características aproximadas (en cpm)
0,4bext bf N ω= y 0,6bint bf N ω=
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Correas de transmisión Transmisión de dos ejes que giran a diferente velocidad
1 1 2 2D Dω ω= D = Diámetro polea y ω = velocidad de giro polea(rpm)
Frecuencia de defecto de polea polea polea
bandaBanda
Df
L
π ω=
Engranajes Transmisión de dos ejes que giran a diferente velocidad
1 1 2 2d dN Nω ω= Nd = nº dientes y ω = velocidad de giro del eje
Vibraciones a la frecuencia de engrane o contacto
dientes (defectos dientes).
engrane df N ω= (igual para cada par de ejes)
¡¡Trenes de engranajes!!
Otros problemas: Desalineación o excentricidad (no defectos de dientes)
Modulación de la Frecuencia de engrane Desalineación 1 o 2 x rpm, engranef y
lateral engrane 2 piñonf f ω= ±
Excentricidad lateral engrane piñonf f ω= ±
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Lubricación cojinetes (Oil-Whirl) En el cojinete la película de aceite que soporta la carga. Con cambios en régimen (velocidad, cargas externas) una cierta cantidad adicional de aceite es bombeada en el espacio dejado libre por el eje (desplazamiento de la cuña de aceite de su posición natural). Provoca un aumento de la presión de la película de aceite que soporta la carga. La fuerza adicional creada puede empujar el eje en un torbellino alrededor del cojinete. Se produce por: diseño demasiado robusto para las cargas, cambio de viscosidad de aceite, presión aceite o desgaste excesivo.
Detección: Frecuencia
(cpm) Máquinas Dirección
de medida
(40%-50%)xrpm Equipadas cojinetes
lubricados a presión con velocidades altas
Radial
Problemas eléctricos Vibración resultado de fuerzas electromegnéticas desiguales que actúan sobre rotor y estator. Causas: barras rotas en el rotor, rotores excentricos, desequilibrio entre fases múltiples, entrehierro no uniforme, problemas impulso momento torsor (barras sueltas o devanados sueltos en estator): Detección:
Aparecen a frecuencia de la red (50 Hz - 3000 cpm) Problema impulso momento torsor: 2xfred (100 Hz - 6000 cpm)
¡¡Problema!!: ωgiro=3000cpm/pares de polos (Pueden confundirse problemas eléctricos y mecánicos)
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Fuerzas hidro y aerodinámicas - Se producen en máquinas que manejan fluidos (aire, agua,
aceite y gases). Vibración o ruido por la reacción de los alabes o aspas del impulsor al golpear los fluidos (común en bombas, compresores, ventiladores, y soplantes).
- Máquinas con álabes (compresores o bombas), que mueven un fluido en régimen laminar, alteraciones del movimiento del fluido por un determinado obstáculo (deformación de un alabe, obstrucción, etc.), aparece una turbulencia, que provocará una vibración.
Detección:
Frecuencia (cpm)
Fenómeno Causa
nºaspas x rpm (y múltiplos)
Fuerzas aerodinámicas
Alteración del movimiento aire
nºalabes x rpm (y múltiplos)
Fuerzas hidráulicas
Alteración del movimiento fluido
Altas (aleatorio) Cavitación Burbujas en bomba
(gran depresión) Presión de vapor líquido
Bajas (aleatorio) Turbulencia Mezcla de fluidos de baja y alta velocidad
Altas (aleatorio) Recirculación
(Inverso a cavitación)
(presión de aspiración
elevada) Se excede capacidad bomba