Análisis Vibracional en Equipos Rotativos y

8/10/2019 Anlisis Vibracional en Equipos Rotativos y

1/203

ANLISIS VIBRACIONAL EN EQUIPOS ROTATIVOS Y

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

CAPTULO I



2/203


3/203




Introduccin .......................................................................................................... 1.5

Principales objetivos de Mantenimiento Predictivo ............................................... 1.5

Ventajas del Mantenimiento Predictivo................................................................. 1.5

Tecnologas empleadas por Mantenimiento Predictivo ........................................ 1.6

1. Monitoreo de vibraciones y seales de muy altafrecuencia .................................................................. 1.6

2. Monitoreo del aceite lubricante ................................. 1.7

3. Termografa ............................................................... 1.8

Aplicacin en equipos rotativos ....................................................... 1.9Aplicacin en el mantenimiento elctrico ........................................ 1.10

Aplicacin en la industria qumica y de proceso .............................. 1.11

Aplicacin en la industria electrnica. ............................................. 1.11

4. Monitoreo de corrientes en motores elctricos ......... 1.11

Personal de Mantenimiento Predictivo ................................................................. 1.13

Implantacin ......................................................................................................... 1.13

Confiabilidad de los datos .................................................................................... 1.14


4/203

Prediccin de fallas .................................................................................. 1.14

Recomendaciones ................................................................................... 1.14

Supervisin de la reparacin .................................................................... 1.14

ndices de gestin ................................................................................................ 1.15

Bibliografa ........................................................................................................... 1.15


5/203

MANTENIMIENTO PREDICTIVO - 1.5


INTRODUCCIN

Mantenimiento Predictivo es la aplicacin racional de tecnologas de punta con elobjetivo de identificar y monitorear las fallas, para planificar en forma convenientesu reparacin, minimizando las perdidas en la produccin por parada de lamquina.

Los principales xitos de Mantenimiento Predictivo en la gran mayora de plantasindustriales, han sido los significativos ahorros que ha logrado, al evitar paradas deplanta por fallas imprevistas en las maquinas principales de las lneas deproduccin, luego su rea de responsabilidad se ha extendido a los dems equipos

de la planta industrial, eliminndose paulatinamente el Mantenimiento Preventivo enla mayora de los equipos rotativos y ejecutndose los mantenimientos a solucionarfallas especficas que presentan cada mquina en particular.

En la actualidad la informacin que maneja Mantenimiento Predictivo sirve paraplanificar los Programas Anuales de Mantenimiento.

PRINCIPALES OBJETIVOS DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Reducir las prdidas por paradas de planta imprevistas.

Reducir los costos de mantenimiento.

Minimizar las fallas imprevistas.

Ejecutar los mantenimientos de los equipos en forma especfica y solo cuandoes absolutamente necesario.

Mantener elevada la confiabilidad de los equipos.

VENTAJAS DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Se maximiza la vida til de los componentes de una mquina o equipo.

Permite visualizar la evolucin de una falla en el tiempo.

Optimiza la gestin del personal de mantenimiento.


6/203


Permite confeccionar un archivo histrico del comportamiento mecnico yoperacional de las mquinas.

Facilita el anlisis de las fallas. Permite el anlisis estadstico de los sistemas.

Transforma las reparaciones inesperadas en programadas.

Optimiza las labores de mantenimiento.

Minimiza el consumo de repuestos.

Aumenta la confiabilidad y disponibilidad de las mquinas

TECNOLOGAS EMPLEADAS POR MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Las tecnologas empleadas para el diagnstico de mquinas son las siguientes:

1. MONITOREO DE VIBRACIONES Y SEALES DE MUY ALTA FRECUENCIA

El control y anlisis vibracional espectral es la herramienta principal delMantenimiento Predictivo, se basa en que las mquinas tienen un nivel normalde vibracin, como resultado de estar dentro de las tolerancias de lasespecificaciones de fabricacin, montaje y operacin.

S hay algn parmetro fuera de especificacin entonces es una falla quecausar el incremento del nivel vibracional, esta falla puede ser identificada porsu comportamiento dinmico (amplitud, frecuencia y ngulo de fase), porejemplo; un engranaje de dientes rectos excntrico produce vibraciones de lassiguientes caractersticas, alta vibracin en el sentido radial en la lnea que unelos centros de los engranajes, a las siguientes frecuencias:

1 x RPM: velocidad de giro del engranaje excntrico.

GMF: # de dientes x RPM del engranaje excntrico.

Los impactos mecnicos repetitivos y transcientes, generan picos de energaque excitan las frecuencias naturales de los elementos que son golpeados, losimpactos son a baja frecuencia y las frecuencias naturales son a muy altafrecuencia y se producen con la friccin entre dos superficies.


7/203


La medicin a muy alta frecuencia es utilizada para detectar defectosincipientes en; rodamientos, engranajes, ejes y cojinetes por rozamiento al fallarla lubricacin, cavitacin, solturas, etc.

El mantenimiento de una mquina depende de los niveles mximos tolerablesde vibracin espectral o de seales de muy alta frecuencia, establecidos sobrela base de estndares internacionales de mquinas similares o que soncalculados en forma estadstica en base a los valores histricos tomados endicha planta.

2. MONITOREO DEL ACEITE LUBRICANTE

Hay varias tcnicas disponibles sin embargo es importante no olvidar de:

Visual, inspeccin del almacenaje a granel para ver seales de agua o aeracinsevera, el color resaltar cualquier cambio del estado de aceite.

Olores, los olores picantes indicarn oxidacin del aceite y aditivos, los oloresdesagradables indicarn el crecimiento microbiano.

La prueba del papel secante, es til en aceites para motores diesel, variosproblemas son identificados fcilmente, tales como: productos de oxidacin,lodo, glicol y agua.

La prueba del chasquido de la humedad, cuando la humedad o el agua est

presente en el aceite, ser evidente con un chasquido, cuando el aceite sesomete a una alta temperatura, al dejar caer una gota sobre una planchacaliente (>125C) y se escucha el chasquido, si no se oye entonces el aceiteest debajo del punto de saturacin.

La vida del Filtro, la vida corta del elemento del filtro, identificar el problemareal, el cual requiere ser analizado.

La prueba Magntica, slo para desgastes ferrosos.

Otra herramienta importante del Mantenimiento Predictivo, es el control de

parmetros de lubricantes tales como; Metales (ppm): ASTM D-5185, cantidad de partculas metlicas contenidas en el

aceite (Anlisis por absorcin atmica).


8/203


Viscosidad (cSt): ASTM D-445.

FTIR: Degradacin, Oxidacin y sulfuros; Contaminacin, Cenizas (TGA), glicol,

agua y combustible (Anlisis espectromtrico por rayos infrarrojos). TAN: ASTM D-664 y ASTM D-974.

TBN: ASTM D-664 y ASTM D-2896.

Color: ST-061

Los valores mximos permisibles son obtenidos de las normas internacionales,es importante considerar la repeticin de los datos para el establecimiento lasupervisin de las tendencias.

La ferrografa, es una tcnica que analiza las partculas (de 0.1 - 500 micrones)de desgaste por friccin de los componentes de una maquina, el objetivo esdeterminar los problemas internos que se presentan. Para poder emitir undiagnstico confiable se deber analizar la forma y los tamaos de laspartculas con un microscopio y comparar con los patrones de identificacin.

Todos los resultados de los anlisis (perfil de distribucin y concentracin departculas) se registrarn en una base de datos a fin de poder evaluar sucomportamiento en el tiempo.

3. TERMOGRAFALa cantidad de energa que emite todo cuerpo desde su superficie esta enrelacin directa con su temperatura. La temperatura de los cuerpos determina eltipo de luz que emite cuanto ms fro esta el objeto mayor es su longitud deonda de brillo, esta es la energa infrarroja que es invisible al ojo humano, peroa travs de instrumentos termogrficos se puede ver esta energa y transformaren imgenes visibles.

VENTAJAS DE LA TERMOGRAFA

Se tiene un registro de la distribucin de temperaturas. No interrumpe el funcionamiento del equipo.

Permite analizar grandes reas en tiempos reducidos.


9/203


10/203


Estado de los inyectores de combustible en motores diesel (dosificacin decombustible por la distribucin trmica en los cilindros)

Fallas en las vlvulas o inyectores y bloqueo de los tubos del radiador en motoresdiesel.

Friccin por interaccin entre la polea y las fajas.

Fugas de gases por uniones de las turbinas a gas o vapor.

APLICACIN EN EL MANTENIMIENTO ELCTRICO

Oxidacin de contactos.

Envejecimiento del material. Sobrecargas.

Aislamientos trmicos.

Detecta el estado de envejecimiento de los aisladores elctricos, porque cuandola temperatura excede la temperatura mxima permisible de operacin, la vidaesperada del aislamiento se reduce en un 50% (es un efecto irreversible).

Detecta la existencia de perdidas trmicas.

Figura 1.3 Imagen Termogrfica Figura 1.4 Imagen Real


11/203


Emite verificar la calidad de montaje de aislamiento

Motores elctricos.

Centros de transformacin de Media Tensin (transformadores, interruptoresautomticos, fusibles)

Lneas de distribucin ( aisladores, secciones en tendidos areos)

Subestaciones transformadoras de Alta Tensin.

APLICACIN EN LA INDUSTRIA QUMICA Y DE PROCESO

Evaluacin del estado de refractarios: desgaste, fisuras, prdida de resistencia

trmica. Evaluacin del estado de Hornos rotativos, calderas, chimeneas

Inspeccin de Hornos continuos y de tratamientos trmicos.

Inspeccin de aislamiento y fugas en tuberas.

Fugas por la carcasa del caldero

APLICACIN EN LA INDUSTRIA ELECTRNICA

Verificacin de modelos tericos de PCB

Localizacin de cortocircuitos.

Estudio de las conexiones elctricas de potencia y alimentacin

4. MONITOREO DE CORRIENTES EN MOTORES ELCTRICOS

La mayora de fabricantes de Colectores FFT son suministrados con un softwareexperto para el diagnstico de fallas por corrientes en motores de induccin, la

corriente de las fases son medidas por un transformador de corriente que puedenser medidas en el circuito secundario o en las fases principales, la medida decorriente es transformada en voltaje y tambin se utiliza un filtro pasa alta para laprueba de excentricidad.


12/203


Figura 1.5 Espectro de Corrientes de un Motor Elctrico

Figura 1.6 Diagnstico del Software Experto

RESULTS OF ROTOR BAR ANALYSIS

*****************************

Estacion: E1 --> Estacion 1

Maquina: 1G6 --> ELECTROBOMBA REFUERZO

Meas Point: L3 --> CORRIENTE FASE T

Motor ID: GE 1G6 Rated RPM = 1780

Frame Size: ( 4 Pole) Rated AMPS = 46.5

Volts/Powr: 2300 - 125 Hp Rotor Bars = 24

Calibration has not been performed on Measurement Point L3Current Imbalance not calculated because all 3 phases not measured.

SPECTRUM DATE TIME RPM %LOAD Amps LF - NPxSF SLIP CONFD

-------- ---- ---- ---- ----- ------ ---------- ---- -----

Reference 02/FEB/99 16:13 1796 26% 16.3 3585.9 CPM 2.7 45%

Comparison 04/JUL/00 08:23 1794 44% 25.6 3573.9 CPM 7.6 49%

SPECTRUM LF - NPxSF LINE FREQ CALC. ADJUSTED ESTIMATED

(dB) AMPLITUDE AMPLITUDE DELTA DELTA BROKEN BARS

-------- ---------- --------- ----- -------- -----------

Reference 26.20 60.00 33.80 30.47 2.1

Comparison 28.37 60.00 31.63 29.60 2.2

*** ADVISORY RECOMMENDATION ***

Rotor Analysis indicates presence of multiple broken bars!!!

Maintenance actions should be performed immediately.

Note: Possibility exist that the end ring is cracked.

Note: CONFIDENCE FACTOR ( 49%) of the located NPxSF sideband is marginal!


13/203


Las fallas del motor elctrico podran ser; barras rotas del rotor, excentricidadesttica y dinmica, fallas electromecnicas tales como defectos en la fabricaciny de la fundicin. El software experto analiza el espectro de corriente y emite un

diagnstico electromagntico.PERSONAL DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO

La capacidad del personal es el principal factor que afecta a la eficiencia de lostrabajos de Mantenimiento Predictivo, porque sus xitos dependen de ellos; Elpersonal que integra el grupo de trabajo de Predictivo, deber cumplir con losiguiente:

Excelente formacin tcnica.

Autodidacta con hbito de lectura de textos tcnicos.

Responsable.

Confiable y honesto en sus apreciaciones.

Experiencia en los trabajos de Mantenimiento.

Condiciones de Trabajo en grupo.

Capacidad de anlisis.

Minucioso, observador y ordenado.

Comunicativo.

IMPLANTACIN

Seleccin y de las mquinas, para el monitoreo.

Planificacin, se determina las actividades y se selecciona por especialidades alpersonal idneo que las realizar.

Programacin: se distribuye el tiempo de las actividades planeadas, se emitenperidicamente los programas y las rutas de trabajo.


14/203


Toma de datos de referencia, son utilizados para definir las condiciones normalesde operacin para una mquina y establecer los datos necesarios para unmonitoreo eficaz.

Ejecucin: se llevan a cabo todos los trabajos del programa.

Control: es la supervisin de los trabajos y se establece los ndices de gestindesde diferentes puntos de vista: cantidad de fallas, paradas de planta, costos,etc.

CONFIABILIDAD DE LOS DATOS

El diagnstico de fallas se basa en la informacin recolectada, por lo tanto; los datosdeben ser confiables, los instrumentos de medicin deben estar calibrados y para

poder evaluar las tendencias de manera confiable, se deben tomar los datos en loposible en las mismas posiciones y condiciones.

PREDICCIN DE FALLAS

El objetivo de cualquier programa de monitoreo es seleccionar las medicionesque proporcionen la mayor sensibilidad a cualquier cambio en la condicin dela mquina. El anlisis racional de los datos nos permitir detectar las fallas ancuando son incipientes.

RECOMENDACIONES

Una vez identificada la falla, emitir un informe tcnico corto, claro y preciso, quedescriba la situacin actual del problema, resalte los resultados de la evaluacin,las conclusiones y las recomendaciones. El informe debe ir acompaado deanexos donde se describen los trabajos efectuados en secuencia y en detalle,para los que desean mayor informacin.

SUPERVISIN DE LA REPARACIN

La supervisin de la reparacin es importante, para asegurar que los trabajos seejecuten de acuerdo a las recomendaciones emitidas y para afinar el diagnstico

en futuros trabajos similares.


15/203


INDICES DE GESTIN

ndices de Gastos de Mantenimiento Predictivo. (IGP)

IGP = GP / CTM

GP: Gastos de Mantenimiento Predictivo.

CTM: Costo Total de Mantenimiento.

Disponibilidad de los equipos (DE)

DE = 100 ( Tprod- Tparad / Tprod)

Tprod: Tiempo de produccin del equipo.

Tparad: Tiempo de parada imprevista del equipo.

BIBLIOGRAFA

1. Resultados del proyecto de Cooperacin UET Sesdam registrado con el numeroC096 FROI y realizado por Fagor Arrasate, ONA pres, Copreci e Ikerlan yfinalizado en junio de 1998.

2. Crnicas del Congreso - seccin monitorizacin y Diagnstico. Diagnostico de

fallas en maquinas- herramientas mediante anlisis de lubricantes. Autores:M. C.Carnero, E. Latorre y J. Conde, de la E.T.S.I.I. de la Universidad de Castilla-LaMancha y M. Ugalde de la E: T.S.I.I. de la Universidad de Navarra.

3. J. Charles Berggren; Diagnosing Faults in Rolling Element Bearings Part II.Alternative Analytical Methods; Monsanto Chemical Co. Pensacola Florida;Vibrations June 1988, Vibration Institute.


16/203


17/203



CAPTULO II

TEORA VIBRACIONAL BSICA


18/203


19/203




Introduccin .......................................................................................................... 2.5

Caractersticas de la vibracin ............................................................................ 2.5

Medicin de las vibraciones ................................................................................ 2.6

Conversin entre medidas ................................................................................... 2.7

Respuesta total del sistema vibratorio ........................................................... 2.8

Fuerza rgida ........................................................................................... 2.8

Fuerza inercial ......................................................................................... 2.8

Fuerza de amortiguacin ......................................................................... 2.8

Adquisicin de los datos ................................ ................................ ................ 2.10

Seleccin del tipo de medida ......................................................................... 2.10

Los transductores de vibracin ...................................................................... 2.11

1. Transductores de velocidad o ssmicos .............................................. 2.11

2. Transductores de velocidad (tipo piezoelctrico) ................................ 2.12

3. Captadores de proximidad o de no contacto ....................................... 2.12

4. Acelermetros .................................................................................... 2.13


20/203

Montaje de transductores .............................................................................. 2.14Bibliografa .................................................................................................... 2.15

PROCESAMIENTO DE DATOS

Introduccin .................................................................................................. 2.16

Nmero de muestras de datos ....................................................................... 2.17

Clculo del tiempo de muestreo de datos de una toma............................. 2.19

Clculo del tiempo de muestreo de datos de varias tomas sin traslape .............. 2.19

Clculo del tiempo de muestreo de datos de varias tomas con traslape ............. 2.20

Ejemplo 1 ...................................................................................................... 2.21

Promediado final ........................................................................................... 2.21

Clculo del nivel global.................................................................................. 2.22

Ventanas (windowing) ................................................................................... 2.22

Tipos de ventanas ......................................................................................... 2.23

Rectangular o uniforme............................................................................ 2.23

Hanning ................................................................................................... 2.23

Flat top .................................................................................................... 2.23

Rango dinmico ............................................................................................ 2.24

El ancho de banda ........................................................................................ 2.26

Ejemplo 2 ...................................................................................................... 2.27


21/203

Ejemplo 3; Anlisis de una toma real ............................................................. 2.28Ejercicios ...................................................................................................... 2.30

Bibliografa .................................................................................................... 2.30


22/203

TEORA VIBRACIONAL BSICA - 2.6


INTRODUCCIN

Las mquinas y estructuras vibran en respuesta a una o ms fuerzas pulsantes quea menudo son llamadas fuerzas excitadoras. La magnitud de la vibracin nosolamente depende de la fuerza sino tambin de las propiedades del sistema, elanlisis vibracional aplica tcnicas de eliminacin porque hay numerosas fallas queproducen vibraciones de caractersticas similares.

La gran mayora de empresas del mundo han impulsado el Anlisis Vibracional ensus plantas debido al ahorro que ha logrado en los gastos de mantenimiento, al serparte muy importante del Mantenimiento Predictivo.

CARACTERSTICAS DE LA VIBRACIN

Las caractersticas fundamentales de la vibracin son; Frecuencia, Amplitud y Fase:

Frecuencia (f = 1/T); Es el nmero de ciclos en un determinado perodo detiempo, se expresa en; Ciclos por segundo (Hertz), Ciclos por minuto (CPM) omltiplos de la velocidad de operacin de la mquina (rdenes). Perodo (T); Esel tiempo requerido para completar un ciclo de vibracin.

Amplitud (A); Es el desplazamiento mximo de la vibracin, puede serexpresada en mltiples formas, tales como:

Pico : Se mide desde el punto neutral hasta la cresta. (Ap)

Pico - Pico : Se mide desde la cresta inferior hasta la superior. (Ap-p)

RMS : Raz cuadrtica media, (ARMS = 0.707 Ap) solamente para unaonda sinusoidal.

Angulo de Fase de la Vibracin (); Es la posicin angular de un objeto encualquier instante con respecto a una referencia de la misma frecuencia(Grados).


23/203


En las Figuras 2.1 y 2.2, se observa que la aceleracin y el desplazamiento estndesfasados en 180 grados y la velocidad esta desfasada de la aceleracin ydesplazamiento en 90 grados.

Figura 2.1 Onda Sinusoidal

MEDICIN DE LAS VIBRACIONES

Desplazamient o; Es la medida dominante a bajas frecuencias, inferiores a 600CPM y esta relacionado a los esfuerzos de flexin de sus elementos.


24/203


Velocidad; Es la medida dominante en el rango de frecuencias de 600 CPM hasta60,000 CPM, esta relacionado a la fatiga del material.

Aceleracin; Es la medida dominante a altas frecuencias, mayores que 60,000CPM y esta relacionado a las fuerzas presentes en la mquina.


25/203


Figura 2.2 Relaciones entre el Desplazamiento,Velocidad y Aceleracin

CONVERSIN ENTRE MEDIDAS

El grfico de la figura 2.2 muestra la relacin que hay entre el desplazamiento,velocidad y aceleracin. Los valores pico pueden ser relacionados con lassiguientes frmulas:

Velocidad = 2fD

Aceleracin = 2fV = (2f)2D

D : Desplazamiento pico (Mils)

f : Frecuencia (CPS)

V : Velocidad pico (Pulg/seg)

A : Aceleracin pico (Pulg/seg2) (1 g = 386.1 Pulg/seg2)


26/203


RESPUESTA TOTAL DEL SISTEMA VIBRATORIO

Frente a una fuerza vectorial de excitacin, el sistema (rotor-cojinete) respondecon tres fuerzas vectoriales cuyas magnitudes estn acuerdo a suscaractersticas estructurales de; Rigidez, masa inercial y amortiguacin, verfiguras 2.3 y 2.4.

FUERZA = FZA. RGIDA + FZA. INERCIAL + FZA. AMORTIGUACION

Para el caso del desbalance se tiene lo siguiente:

Mw2e Sen(wt) = K X(t) + m A(t) + C V(t)

Mw2e Sen(wt) = K X sen(wt) - m Xw2sen(wt) + CXw cos(wt)

FUERZA RGIDA

La fuerza rgida FR (t) = KX sen(wt), donde K es la constante de rigidez y X es la

deformacin del sistema, debido a la aplicacin de la Fuerza Mw2e Sen(wt). Seobserva que la amplitud de la fuerza rgida KX es independiente de la velocidad (w)del rotor.

FUERZA INERCIALLa fuerza inercial es la fuerza del movimiento de la masa, FI (t) = -mXw

2sen(wt),

donde m es la masa inercial, X es la deformacin del sistema y w la velocidaddel rotor (rad/seg). Se observa que la amplitud de la fuerza inercial mXw 2varacon el cuadrado de la velocidad del rotor y tiene una direccin contraria a lafuerza rgida.

FUERZA DE AMORTIGUACIN

La fuerza de amortiguacin FA (t) = CXw cos(wt), donde C es la constante de

amortiguacin del sistema, se observa que la amplitud de la fuerza deamortiguacin CXw vara en forma proporcional a la velocidad del rotor y tiene unadireccin de 90 con respecto a la fuerza rgida.


27/203


Figura 2.3 Relacin entre las Fuerzas de Rigidez,Inercial y de Amortiguacin

Figura 2.4 Variacin de la Fuerza Inercial con Respectoa la Fuerza Rgida


28/203


En la figura 2.4 se observa que cuando w = w crt, la proporcin es uno y las fuerzasrgida e inercial son iguales y se eliminan, quedando el control vibracional en lafuerza de amortiguacin, es en ste punto donde se produce la resonancia.

K X sen(wt) = m Xw2sen(wt)

w crt= (k/m)

ADQUI SICIN DE LOS DATOS

Los datos de vibracin de una mquina se obtienen por medio de un transductor o

pick up que convierte la vibracin mecnica en una seal elctrica; la calidad de laseal depende del rango de trabajo del transductor, de la forma de montaje en lamquina, de la seleccin del punto de toma y de las limitaciones del instrumento.

SELECCIN DEL TIPO DE MEDIDA

Tres medidas de vibracin estn disponibles; desplazamiento, velocidad yaceleracin; lo ideal seria que el transductor proporcione directamente la medidaseleccionada pero desgraciadamente las limitaciones del transductor no siemprepermiten una medida directa de vibracin en la medida seleccionada.

La medida se selecciona en base a las frecuencias de vibracin presentes en lamquina, el tipo de anlisis a ser efectuado y a la informacin que se deseaobtener.

El Desplazamiento absoluto, se usa para bajas frecuencias (de 0 a 1,200 CPM)y se relaciona a los esfuerzos, se mide con un acelermetro y la seal esdoblemente integrada para obtener desplazamiento.

El Desplazamiento relativo, de un eje puede ser medido con un captador deproximidad instalado en la caja de cojinetes.

La Velocidad, se usa para el monitoreo de mquinas en el rango de frecuencias(de 600 a 60,000 CPM) y se relaciona con la fatiga, se mide directamente conun pick up de velocidad o con un acelermetro donde la seal es integrada paraobtener velocidad.


29/203


La Aceleracin, es la medida ptima para frecuencias superiores a 60,000 CPMy se relaciona con la fuerza.

LOS TRANSDUCTORES DE VIBRACIN

Los transductores de vibracin tienen una sensibilidad (constante de respuesta en mV/mil,mV/(pulg/seg) o mV/g) que convierte las vibraciones mecnicas en seales elctricas,para ser procesadas y acondicionadas por los colectores o analizadores de vibracin.

La sensibilidad del transductor de vibracin es constante en un rango de frecuencias,fuera de ella se debe aplicar un factor de correccin. Es preferible trabajar en el rangode frecuencias en la cual la sensibilidad es constante.

1. TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD O SSMICOS

Son transductores auto excitados o sea que no requieren suministro de energapara trabajar, porque interiormente tiene una bobina suspendida con dos resortesy un amortiguador dentro de un campo magntico fijo (ver figura 2.5).

Al medir las vibraciones, el transductor vibra con la mquina y la bobina tiende apermanecer esttica, entonces al existir un movimiento relativo entre el imnpermanente y la bobina sta genera una seal elctrica que depende de lavelocidad de la vibracin; por ejemplo para el IRD 544 la sensibilidad es 1,080mV/(pulg/seg) pico y se utiliza para medir vibraciones en alojamientos de cojinetesen un rango de frecuencias de 10 hasta 1,000 Hz.


30/203


Figura 2.5 Transductor ssmico de Velocidad


31/203


La sensibilidad, baja para frecuencias inferiores de 10 Hz, porque la bobina yano se queda fija en el espacio sino que tiende a seguir el movimiento del imnpermanente, entonces las lecturas deben ser corregidas por un factor quedepende de la frecuencia.

2. TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD (TIPO PIEZOELCTRICO)

Estos transductores tienen una seal de salida proporcional a la velocidadpero no tiene partes mviles internas, las vibraciones de las mquinasproducen esfuerzos en los discos piezoelctricos del sensor y estos generan

una pequea seal elctrica que es amplificada para poder ser medida (verfigura 2.6).

Figura 2.6 Esquema del Transductor deVelocidad Piezoelctrico

3. CAPTADORES DE PROXIMIDAD O DE NO CONTACTO

Se llaman tambin transductores de corriente de Eddy y miden el desplazamientorelativo esttico y dinmico del eje con respecto al alojamiento de cojinetes, se


32/203


utilizan como monitores de vibracin en rotores livianos instalados en carcasasrobustas, tales como; Turbinas, compresores, etc. Debido al peso y la rigidez de lacarcasa la alta vibracin del rotor liviano no afectar mucho al incremento de lavibracin de la carcasa; en estos casos es necesario medir la vibracin real del ejecon los captadores de proximidad (ver figura 2.7).

El Captador de Proximidad requiere de un accesorio externo que genere unaseal elctrica de muy alta frecuencia1.5 MHz que va a una bobina cubierta conun material cermico en el extremo del captador, para generar un campomagntico. Al moverse el eje, la seal elctrica cambia en forma proporcional al

movimiento (mV/mil), el sensor de seales produce una tensin de corrientealterna proporcional a la vibracin y una seal de corriente continuaproporcional a la separacin o gap.

Figura 2.7 Captador de Proximidad montadoen el alojamiento de cojinetes

Muchas mquinas modernas de alta velocidad, tales como; turbinas, bombascentrfugas y compresores, poseen rotores relativamente ligeros dentro de carcasas


33/203


pesadas, debido a la gran diferencia de masas, las vibraciones pueden ser muyseveras en el eje pero no ser significativas en la carcasa.

En este tipo de mquinas, los captadores de proximidad son necesarios para elmonitoreo del movimiento relativo del eje con respecto al alojamiento del cojinete.

4. ACELERMETROS

Son transductores utilizados para medir vibraciones de las carcasas y en los

alojamientos de cojinetes, tpicamente se suministran con los colectores de datos,el acelermetro esta compuesto por; un amplificador electrnico de alta ganancia,una pequea masa montada sobre cristales piezoelctricos que produce unapequea seal elctrica proporcional a la aceleracin cuando hay una fuerzaaplicada (ver figura 2.8).

Como la aceleracin es funcin del desplazamiento y la frecuencia al cuadrado(2f)2D, los acelermetros son sensibles a las amplitudes de vibracin de altasfrecuencias, debido a esta caracterstica es til para analizar las vibraciones en;turbinas a gas, compresores centrfugos, cajas de engranajes, rodamientos, etc.


34/203


Figura 2.8 Esquema del Acelermetro conAmplificador Incorporado

MONTAJE DE TRANSDUCTORES

Los mtodos de montaje de los transductores afectan a la respuesta del sensor, porejemplo en la tabla 2.1 se observa; el lmite de frecuencias para diversas formas demontaje de un acelermetro de 100 mV/g de sensibilidad.

Fuera del lmite de frecuencias especificado, se puede medir pero la amplitud de

vibracin no ser precisa y pueden aparecer frecuencias resonantes por excitacinde las frecuencias naturales de la sonda o del pick up magntico.


35/203


Los sensores deben montarse lo ms cerca y en el lado de carga de los cojinetes,evitar tomar en planchas delgadas y en guardas. Si el cojinete antifriccin es radial latoma debe ser radial y si es de contacto angular las tomas sern radial y axial.

MTODO DE MONTAJELMITE DE FRECUENCIAS

CPM

Sonda de 9 pulgadas 30,000

Magntico 120,000

Pegamento epxico 240,000

Cera de abejas 300,000

Esprrago 600,000

Tabla 2.1 Rango de Frecuencias para un Acelermetrode 100 mV/g de Sensibilidad

BIBLIOGRAFA

1. API 670, 1986, Vibration, Axial Positon, and bearing Temperature Monitoring System, 2nd ed.,

American Petroleum lnstitute, Washington, D.C.

2. API 678, 1981, Accelerometer Based Vibration Monitoring System,API, Washington, D.C.

3. IRD Mechanalysis, Inc. Vibration Measurement for Methods and Equipment.


36/203


PROCESAMIENTO DE DATOS

INTRODUCCIN

Los modernos colectores de datos son instrumentos computarizados que tienenincorporados el algoritmo FFT y han adquirido adems las caractersticas de losanalizadores-balanceadores, o sea son utilizados para:

Monitoreo, adquieren y almacenan parmetros de vibracin tales como; lavibracin total, espectros, forma de onda.

Anlisis, almacenan; rbitas, diagramas de Bod, diagramas polares, espectrosen cascada y espectros de envolventes.

Balanceo, posee un programa de balanceo para uno y dos planos.

Alineamiento, posee un programa de alineamiento que utiliza accesorios paraalineamiento con rayo lser.

Con los colectores se toman datos en diversas mquinas de una ruta preestablecida

de trabajo y en varios puntos estratgicos del equipo. El procesamiento de la sealse desarrolla en la siguiente forma:

1. El sensor de vibraciones al estar montada en una mquina o estructura que vibra,genera una seal anloga que entra al colector.

2. Esta seal es digitalizada, por medio de un convertidor analgico a digital.

3. La forma de la onda es reconstruida a partir de los datos digitalizados, por lotanto se requiere que la seal complete un ciclo entero antes de empezar el

procesamiento de datos.

4. El nmero de muestras seleccionadas es siempre 2.56 veces el nmero delneas seleccionado en el espectro, si se escoge 400 lneas entonces el tamaode la muestra ser de 1024 puntos tal como se observa en la figura 2.9.


37/203


5. Los datos digitalizados son procesados por un algoritmo de la Transformadarpida de Fourier para obtener un espectro de frecuencias o sea la seal esdescompuesta en sus frecuencias componentes, ver la figura 2.10.


38/203


6. Los datos ingresan a una computadora cargada con un software capaz dealmacenar los espectros y las formas de onda, tambin trazar las tendencias delas vibraciones totales y filtradas en el tiempo, poder determinar algn cambioimportante en la condicin de la mquina a partir de la variacin de los niveles devibracin.

NMERO DE MUESTRAS DE DATOS

El nmero de muestras seleccionadas es; 2.56 veces mayor que el nmero de lneasseleccionado, para evitar las frecuencias falsas o fantasmas (aliasing) que aparecen

en el espectro, cuando el nmero de frecuencias de muestreo es menor que lasfrecuencias presentes en los datos.

Las lneas de resolucin utilizadas para el clculo del FFT, generalmente son; 100,200, 400, 800, 1,600, 3,200, 6,400 y 12,800; a mayor cantidad de lneas mayorprecisin en la discriminacin de frecuencias cercanas uno de otra.

Figura 2.9 Puntos muestreados por el Analizador o Colector FFT


39/203


Para cualquier Colector de Datos los tamaos de las muestras sern los siguientes:NMERO DE LNEAS EN EL

ESPECTROTAMAO DE LA MUESTRA EN LA

FORMA DE ONDA

100 256

200 512

400 1,024

800 2,048

1600 4,096

3,200 8,192

6,400 16,384

12,800 32,768

Tabla 2.2 Tamao de la Muestra con Respecto alNmero de Lneas Seleccionadas

Figura 2.10 Grfico Comparativo de la Forma de Onda Complejay el Espectro de Frecuencias.


40/203


CLCULO DEL TIEMPO DE MUESTREO DE DATOS DE UNA TOMAT MXIMO = 60 x # de lneas = 60 x # de lneas

Rango de frecuencias F MAXF MIN

T MXIMO : segundos

FMAX : Frecuencia Mxima; define la mxima frecuencia de medicin (CPM).

FMIN : Frecuencia Mnima; define la mnima frecuencia de medicin (CPM).

RANGO DE

FRECUENCIAST MXIMO (Segundos)

F mxF mn (CPM) 400 Lneas 800 Lneas1600

Lneas3200

Lneas

12,000 2.00 4.00 8.00 16.00

24,000 1.00 2.00 4.00 8.00

48,000 0.50 1.00 2.00 4.00

96,000 0.25 0.50 1.00 2.00

192,000 0.125 0.25 0.5 1.00

Tabla 2.3 Tiempo mximo de demora en la toma de datos para

diversos rangos de frecuencias y cantidades de lneas

CLCULO DEL TIEMPO DE MUESTREO DE DATOS DE VARIAS TOMASSIN TRASLAPE

Promedio, se le llama a cada toma de la forma de onda que se colecta para realizarel clculo FFT y se toman varios promedios para disminuir el ruido y las vibracionesaleatorias no deseadas que pueden presentarse durante las tomas.

T TOTAL= T MXIMOx # promedios


41/203


CLCULO DEL TIEMPO DE MUESTREO DE DATOS DE VARIAS TOMASCON TRASLAPE

El traslape, es utilizada para disminuir el tiempo de total de la toma y se lograsuperponiendo parte del promedio anterior en la nueva toma, el procesamiento detraslape se especifica en porcentaje y vara desde 0% hasta 90%, en el monitoreo seutiliza 67% de traslape ver figura 2.11

T TOTAL= T MXIMOx [1 + (# promedios - 1)(1(traslape/100))]

Figura 2.11 Traslape de Seales al 50% en 8 Promedios


42/203


EJEMPLO 1

Si la toma de un espectro de 3,200 lneas y con un rango de frecuencias de 192,000CPM demora un (1) segundo.

Cunto demorar la toma con 8 promedios y con un traslape del 50%?

Tiempo de toma = 1.00 x [1 + (8 - 1)(1(50/100))] = 4.5 seg. (ver figura 2.11).

Cunto demorar la toma con 8 promedios y con un traslape del 75%?

Tiempo de toma 1.00 x [1 + (8 - 1)(1(75/100))] = 2.75 seg.

RANGO DE FRECUENCIAS CPM # DE PROMEDIOS

Menos de 12,000 De 2 a 3

De 12,000 hasta 60,000 De 4 a 8

Ms de 60,000 Ms de 8

Tabla 2.4 Cantidad de Promedios Recomendado paraDiversas Rangos de Frecuencias

PROMEDIADO FINAL

Las tomas al final se promedian y stos pueden ser de los siguientes tipos:

Lineal; todas las tomas tienen el mismo peso se suman y se dividen entre lacantidad de tomas.

Exponencial; las ltimas tomas tienen mayor peso que las anteriores y luego sedividen entre la cantidad de tomas.

RMS; Todas las tomas tienen el mismo peso, se saca la raz cuadrada de lasuma de los cuadrados de cada bin individual.


43/203


Ninguna; no hay ningn promedio la toma es en vivo, constantemente hay tomade datos, en la pantalla se visualiza el cambio y manualmente, se para la toma.

CLCULO DEL NIVEL GLOBAL

Clculo del Nivel Global; hay vario mtodos para calcular el nivel global de vibracin:Modo Digital; Se calcula el nivel global espectral que incluye las frecuencias queexisten en un rango de frecuencias.

Modo Analgico; El nivel global solo incluir frecuencias desde aproximadamente30 CPM hasta 1200,000 CPM, es recomendable utilizar el modo digital para laoperacin normal del Colector.

Global Pico Verdadero; El nivel global se calcula determinando el valor picomximo dentro de la forma de onda, en todos las tomas.

Global Pico Promedio; El nivel global se calcula determinando el valor picomximo dentro de la forma de onda, en cada uno de las tomas y luego sepromedian.

Modo Integrador de la Seal; Esto determina si la conversin de unidades deSensor a unidades de Datos se realiza por medio del circuito de integracinanalgico o digital. Generalmente la integracin analgica proporciona una mayorprecisin por tener menor respuesta al ruido en bajas frecuencias. Si se elige laintegracin digital la forma de la onda ser almacenada en las unidadesoriginales del sensor y no en unidades convertidas.

VENTANAS (WINDOWING)

Para el clculo de la Transformada de Fourier, se asume que los datos sonperidicos, o sea que la forma de la onda empieza y termina en cero; si la forma dela onda no es peridica entonces no terminar ni empezar en cero, entonces; Seproduce un error en el muestreo, llamado fugas leakage, aparecern picos en otrosbins al ser transformada la forma de la onda, de esta forma hay fuga de energa deuna lnea de resolucin a otras lneas disminuyendo en magnitud.


44/203


La funcin ventana (windowing) evita stas fugas de seales de vibracin forzando ala seal de la forma de onda que empiece y termine en cero y utilizando la partecentral o sea cerca de un tercio del total de datos tomados, por ejemplo; si se toman1,024 datos puntuales, 400 son utilizados para calcular el FFT.


45/203


TIPOS DE VENTANAS

Los diferentes tipos de ventanas que existen sirven para mejorar la precisin de laamplitud a expensas de empeorar la precisin de la frecuencia y viceversa. Al utilizarlas ventanas se introducen errores y ruidos en el procesamiento FFT, por esta raznse usa un factor de ventana para garantizar la resolucin.

1. RECTANGULAR O UNIFORME

Esta ventana tiene poca precisin en la amplitud de vibracin (menos que el

56.5%) y tiene un factor de ventana igual a 1, es utilizada en la toma de datoscontrolada por un disparador (tacmetro, fotoclula o sensor magntico) eneventos transcientes, tales como; las pruebas de impacto y las pruebas dearranque o parada de los equipos.

2. HANNING

Esta ventana se utiliza en el monitoreo vibracional de mquinas, tiene buenaprecisin de la amplitud (inferior que 16%) y buena resolucin de la frecuencia.

3. FLAT TOP

Esta ventana tiene un una excelente precisin de la amplitud (inferior a 0.5%) ymala resolucin de la frecuencia.


46/203


Figura 2.12 Comparacin Entre las VentanasHanning y Flat Top

RANGO DINMICO

Es la capacidad de un instrumento a mostrar en un mismo espectro de frecuencias,muy pequeas amplitudes (fallas en los cojinetes antifriccin) junto a altas amplitudes

de vibracin (desbalance, desalineamiento, solturas, etc.), el efecto del rangodinmico se observa claramente cuando se utiliza la escala logartmica. Cadainstrumento tiene un nivel de ruido de piso si las amplitudes de vibracin son mspequeas que el nivel de ruido de piso entonces el instrumento no ser capaz demedirlo o sea que el instrumento no tiene suficiente rango dinmico.

Ejemplo, En la figura 2.13 se observa las vibraciones tomadas en un motor deinduccin que gira a 3580 RPM y el rotor tiene 47 barras, una de ellas fisurada, lafrecuencia de paso de barras (FPB) es igual a 47 x 3580 = 168,260 CPM, suamplitud de vibracin es 10 gs (0.219 pulg/seg) y la vibracin por defectos en el

rodamiento es de 0.015 gs (0.01 pulg/seg).


47/203


Figura 2.13 Rango Dinmico Requerido para Visualizar el Espectro deFrecuencias de Aceleracin; Mayor que - 56 dB


48/203


Cul ser el Rango Dinmico requerido por un instrumento para visualizarclaramente los dos picos de vibracin en el espectro?

La proporcin en velocidad de vibracin es = 0.219/0.01 = 21.9

La proporcin en aceleracin de vibracin es = 10/0.015 = 666.67

Entonces la exigencia mayor es en la aceleracin:

Rango Dinmico = 20 log (A/Aref) = 20 log (0.015/10) = - 56.478 dB.

INSTRUMENTO(bits)

RANGO DINMICO(dB)

8 48

12 72

14 84

16 96

18 108Tabla 2.5 Rango Dinmico versus Nmero de A/D bits

El nmero de A/D bits revelan el mximo nmero divisiones de amplitud y el rangodinmico terico (en trminos de divisiones de amplitud) es determinado insertandoel nmero de bits como un exponente del nmero 2, entonces;

INSTRUMENTO(bits)

DIVISIONES DEAMPLITUD

8 28= 256

12 212

= 4,09614 214= 16,34816 2 = 65,536

Tabla 2.6 Divisiones de Amplitud Versus Nmero de Bits


49/203


Por lo tanto un instrumento de 16 bits es 256 veces ms sensitivo que uninstrumento de 8 bits, o sea que ste instrumento ser capaz de mostrarntidamente y en forma simultnea; picos de vibracin de altos niveles de vibracinpor desbalance, desalineamiento, etc. y bajos niveles de vibracin por defectos enlos rodamientos.

EL ANCHO DE BANDA

Para efectuar en forma eficiente el anlisis espectral de las vibraciones, esimportante lograr una buena resolucin de la frecuencia o sea que los picos devibracin cercanos del espectro sean medidos cada uno en su respectivo bin.

La Separacin de frecuencias es la diferencia entre los dos picos de vibracin mscercanos que se desea discriminar.

Ancho de Banda = Rango de Frecuencias x Factor de Ventana# Lneas FFT

Valores de los Factores de Ventana (F. V.)

Uniforme: 1

Hanning: 1.5

Flat Top: 3.8

Separacin de Frec. > (2 x Ancho de banda) > (3 x Resolucin de Frecuencia)


50/203


EJEMPLO 2

Qu Ancho de Banda debe tener un instrumento que utiliza ventana Hanning, paraanalizar un motor elctrico de dos polos que gira a 3,585 RPM, que presenta dospicos espectrales a 2xRPM (7,170 CPM) y 2xFl (7,200 CPM) en un rango defrecuencias de 12,000 CPM?

Separacin de frecuencias es: 7,2007,170 = 30 CPM

Resolucin de Frecuencia < 30 / 3 = 10 CPM

Ancho de Banda > 3 x Resolucin de Frecuencia = 3 x 10 = 15 CPM2 2

# LneasAncho de Banda (CPM)

Rango de frec. x F. V.# Lneas FFT

Resolucin de Frecuencias (CPM)< 2 x (Ancho de Banda)

3

6,400 2.813 1.875

3,200 5.625 3.75

1,600 11.250 7.50

800 22.500 15.00

400 45.000 30.00

Tabla 2.7 Tabla de Resoluciones de Frecuencias para una VentanaHanning y un Rango de Frecuencias de 12,000 CPM

Segn la tabla 2.7, la Resolucin de Frecuencias menor que 10 CPM es de 7.5 CPM

y corresponde a 1,600 lneas, por lo tanto el Ancho de Banda ser:Ancho de Banda = Rango de frecuencias x Factor de Ventana = 12,000 x 1.5 = 11.25

#lneas FFT 1,600


51/203


Entonces el Ancho de Banda es 11.25 CPM y la Resolucin de Frecuencia deseadase logra con 1,600 lneas.

EJEMPLO 3

ANLISIS DE UNA TOMA REAL

Qu sucede en un Colector de Datos, cuando se desea tomar un espectro defrecuencias de hasta 20,000 CPM y con 400 lneas de resolucin?

Figura 2.14 Espectro de Frecuencias FFT Procesado y Formade la Onda Total como sale del Sensor

(1) Tiempo total de la toma TMAXIMO: 1.269 segundos.

(2) Mnima diferencia de tiempos entre puntos de muestreo, ver en la figura 2.15, la

forma de onda ampliada: 1.24 ms = 0.00124 segundos.

(3) Clculo del # de muestras: 1024 muestras = 1.269 / 0.00124

(4) Clculo de la frecuencia del bin:


52/203


fbin= 1 / T MXIMO= 1 / 1.269 = 0.7875 CPS = 47.25 CPM(5) Clculo de comprobacin del # de lneas:

# Lneas = # Muestras / 2.56 = 1,024 / 2.56 = 400 lneas

(6) Clculo de comprobacin de la Frecuencia Mxima:

Frecuencia Mxima = fbinx # lneas = 47.25 x 400 = 18,900 CPM

(7) Observar en la figura 2.14 que a pesar de haber calibrado el colector en una

frecuencia mxima de 20,000 CPM, el espectro muestra una frecuencia mximareal de 18,860.7 CPM.


53/203


Figura 2.15 Vista en Detalle del Periodo de la Vibracin msImportante y del Diferencial de Tiempo Entre Tomas


54/203


EJERCICIOS

1. Convertir a velocidad (pulg/ seg RMS) y aceleracin (gs pico) 1.5 mils pico-pico a3585 CPM.

2. Convertir a desplazamiento (mils RMS) y velocidad (pulg/seg pico) 4.5 gs pico a1780 CPM.

3. Cunto tiempo se necesitara para colectar una forma de onda de 4revoluciones completas, de un eje que gira a 25 RPM?.

4. El voltaje de salida de un sensor ssmico es de 0.35 voltios, medido con unvoltmetro. Cul ser la velocidad de la vibracin pico si la sensibilidad delsensor es de 1080 mV/(pulg/seg) pico?.

5. De qu depende el lmite de frecuencias de las diversas formas de montaje de unacelermetro para tomar las vibraciones en forma confiable.

6. Calcular el tamao de la muestra en la forma de onda para obtener un espectrode 800 lneas.

7. Calcular el tiempo total de toma de un espectro de 800 lneas, un rango defrecuencias de 20000 CPM con 4 promedios y con un traslape de 67%.

8. Calcular el rango dinmico de un instrumento para visualizar dos picos devibracin en un espectro; 6 gs a 180,000 CPM y 0.01 gs a 165,000 CPM.

9. Calcular el ancho de banda de un instrumento que utiliza ventana Hanning, paraanalizar las bandas vecinas a la frecuencia de paso de polos, de un motor deinduccin de cuatro polos; velocidad del rotor 1790 RPM, Frecuencia de la lnea3600 CPM y rango de frecuencias 12,000 CPM.


55/203


BIBLIOGRAFA1. The Fundamentals of Signal Analysis - Application Note 243, Hewlett Packard,

1501 Page Mill Road, Palo Alto, CA 94304 (June 1982).

2. The Basics Average & Window types, Doug MacMillanEntek IRD

3. IRD Mechanalysis; Columbus OH; Vibration Technology I; 1988


56/203



CAPTULO III

VIBRACIONES EN MOTORES DE

INDUCCIN


57/203



VIBRACIONES EN MOTORES DE INDUCCIN

Introduccin .......................................................................................................... 3.5

Mtodos prcticos de anlisis preliminar .............................................................. 3.6

Fallas electromagnticas ms importantes .......................................................... 3.7

1. Excentricidad del estator .......................................................................... 3.7

2. Excentricidad del rotor ............................................................................. 3.9

3. Barras rotas del rotor ............................................................................... 3.10

4. Problemas en la fase elctrica ................................................................. 3.12

5. Frecuencias importantes en los motores de induccin ........................... 3.12

Ejercicios .............................................................................................................. 3.13

Bibliografa ........................................................................................................... 3.13

Ejemplo prctico; Anlisis vibracional de un motor vertical de 40 hp ................... 3.14

Anlisis de las vibraciones ............................................................................. 3.14

Recomendaciones .......................................................................................... 3.16


58/203


59/203

-VIBRACIONES EN MOTORES DE INDUCCIN - 3.4

VIBRACIONES EN MOTORES DE INDUCCIN

INTRODUCCIN

Son mquinas que transforman la energa elctrica en energa mecnica, que constade un rotor y un estator devanado, si se suministra corriente elctrica se produce uncampo magntico rotatorio en el entrehierro.

El campo magntico del estator al girar y pasar por las barras del rotor (en cortocircuito con los anillos de los extremos) induce corrientes en las barras que sonproporcionales a la velocidad del campo magntico que corta las barras del rotor.

La corriente inducida en la barra crea su propio campo magntico que interacta conel campo magntico del estator generando una fuerza en las barras del rotor.

La barra diametralmente opuesta genera otra fuerza igual y de sentido contrario, queen conjunto crean un torque (ver figura 3.1) que hace girar al rotor.

Figura 3.1 Par de Fuerzas en Barras Opuestas del Rotor


60/203


Estas fuerzas son proporcionales al cuadrado de la corriente e inversamenteproporcionales a la resistencia de la barra; o sea, si hay ms carga existir mscorriente o sea mayor fuerza y si hay rotura o fisura de uno o ms barras del rotor, laresistencia aumentar y la fuerza ser mucho menor, no habr un par sino undesequilibrio de fuerzas que producir vibraciones.

Para analizar las vibraciones de los motores de induccin, se debe considerar lamquina en dos partes:

Mecnica: Contiene los problemas mecnicos, tales como; desbalance,

deflexin, desalineamiento, malos rodamientos, etc.

Electromagntica: Contiene los problemas electromagnticos, tales como;excentricidad, soltura de estator, cortocircuito de laminas del estator o rotor,rotura de barras del rotor etc.

S los motores elctricos de induccin presentan problemas electromagnticosentonces, presentan un ruido caracterstico por pulsacin, que es el resultado de lasuma y la diferencia de dos vibraciones cuyas frecuencias son similares,generalmente son 2RPM (por desalineamiento) y 2FL (por excentricidad), para el

caso de motores de induccin de dos polos.

MTODOS PRCTICOS DE ANLISIS PRELIMINAR

Los mtodos de anlisis prcticos para determinar la severidad de los problemaselectromagnticos de un motor elctrico de induccin son:

b. Si la vibracin oscila (de un lmite superior a un lmite inferior), entonces hayproblemas electromagnticos.

c. Medir la vibracin total con un vibrmetro anlogo (por tener una respuestainmediata) y cortar la energa elctrica cuando la vibracin se encuentra en ellmite superior. Si la disminucin de vibracin en el primer instante desde el lmite


61/203


superior, es debido a problemas electromagnticos, el resto ser por problemasmecnicos.

d. No es recomendable probar el motor solo o desacoplado, porque la fuerzamagntica es proporcional al cuadrado de la corriente que consume, el motor alfuncionar en vaco la corriente de consumo es mnima y como la vibracin es unafuncin de la fuerza; entonces las vibraciones sern bajas a no ser que la fallasea muy severa.

FALLAS ELECTROMAGNETICAS MS IMPORTANTES

1. EXCENTRICIDAD DEL ESTATOR

Si la medicin del entrehierro es fsicamente posible entonces la diferencia nodebe ser mayor que el 5%. El procedimiento correcto de medicin es; marcarun punto en el estator y un punto cercano a este en el rotor, medir elentrehierro en la posicin donde las marcas estn alineadas, luego medir enel lugar de la marca del estator cada 45 de giro del rotor hasta llegar a laposicin inicial; luego medir en el lugar de la marca del rotor cada 45 de girodel rotor hasta llegar a la posicin inicial.

Si el rotor esta centrado magnticamente en el estator, entonces hay dos fuerzasde atraccin (F = KI2/G2, K: constante, I: amperaje del estator y G: gap oentrehierro) iguales y opuestas que se eliminan. Si hay excentricidad, las fuerzasno sern iguales y existir una fuerza resultante que causar vibracin.

En la figura 3.2, se explica en detalle lo que ocurre en un giro del campomagntico (NS: velocidad sincrnica) cuando hay excentricidad en el estator deun motor de induccin de dos polos, para un mejor entendimientoconsideraremos, un eje que pasa por el entrehierro ms estrecho y el ms amplio

y otro eje perpendicular a sta.


62/203


Posicin 1 en 0; Las fuerzas estn balanceadas porque el entrehierro es igual enambos polos entonces las fuerzas de atraccin del campo magntico del estatoral rotor son iguales y opuestas.

Posicin 2 en 90; Las fuerzas estn desbalanceadas porque el entrehierro esdiferente en ambos polos, la fuerza de atraccin del campo magntico del estator alrotor es mayor en el lado del entrehierro mas estrecho.

Posicin 3 a 180; Las fuerzas estn balanceadas, similar a 0.

Posicin 4 a 270; Las fuerzas estn desbalanceadas, similar a 90.

Por lo tanto; por cada giro del campo magntico se producen dos fuerzas y como elcampo magntico gira a 3600 CPM (en este caso NS=FL), entonces existirnproblemas de excentricidad cuando hay vibraciones a la frecuencia de 2FL (7200CPM).

Estas vibraciones a la frecuencia de 2FL generalmente no estn acompaadaspor vibraciones de bandas vecinas (sidebands) a mltiplos de la frecuencia depaso de polos Fp (#polos x deslizamiento), porque se originan en el estator y no

dependen de las RPM del rotor ni de la frecuencia del deslizamiento.


63/203


Figura 3.2 Dos Fuerzas de Atraccin del Campo Magntico delEstator Excntrico al Rotor, por Cada Giro del Campo

El valor mximo tolerable de vibracin filtrada a 2FLes; para motores nuevos oreparados 1.27 mm/seg, para motores en servicio 2.54 mm/seg y para motoresde mquinas herramientas 0.64 mm/seg, esto es aplicable en motores deinduccin de 50 y 100 Hp.

Otra causa de excentricidad del estator, es cuando falla el aislamiento de las

lminas del estator y se producen corto circuitos que causan calentamientolocalizado del estator distorsionando y reduciendo el entrehierro.


64/203


2. EXCENTRICIDAD DEL ROTOR

En la figura 3.3, se observa un rotor excntrico que gira en el centro geomtricodel estator, o sea el rotor al no coincidir su centro geomtrico con su centro degiro, el rotor trabaja como una leva y causa entrehierros diferentes entre el rotor yestator. La mayor fuerza de atraccin del campo magntico del estator al rotorser en el entrehierro mas estrecho.

Figura 3.3 Excentricidad del Rotor


65/203


Debido a la excentricidad se generan vibraciones a la frecuencia de 2F L ycomo el entrehierro ms estrecho gira a 1RPM el cual depende de la velocidadsincrnica NS, entonces en el espectro de frecuencias la vibracin a 2F Lgeneralmente est acompaada por vibraciones de bandas vecinas(sidebands) a mltiplos de la frecuencia de paso de polos Fp (#polos xdeslizamiento).

El valor mximo tolerable de vibracin filtrada a 2F Les; para motores nuevos oreparados 1.27 mm/seg, para motores en servicio 2.54 mm/seg y para motoresde mquinas herramientas 0.64 mm/seg, esto es aplicable en motores de

induccin de 50 y 100 Hp.

Si la amplitud de la vibracin filtrada a 7200 CPM supera a 1.27 mm/seg, se debecontrolar la tendencia en el tiempo; Si hay incremento de las vibraciones,significan deterioro del motor y es ms peligroso cuando se incrementan lacantidad de bandas vecinas sidebands a la frecuencia de paso de polos Fp. Si latendencia es constante entonces no hay daos significativos en el motor an siestas llegan a tener niveles de 4.5 mm/seg, pero la vida esperada del motorpuede ser disminuida.

La excentricidad del rotor puede ser causado por falla del aislamiento en laslminas del rotor, se producen corto circuitos que causan calentamientolocalizado del rotor distorsionndolo y reduciendo el entrehierro, esta falla trmicaes fcilmente identificado, porque los niveles de vibracin se incrementan con latemperatura inmediatamente despus del arranque del motor.

3. BARRAS ROTAS DEL ROTOR

Los sntomas de barras rotas son similares a la excentricidad del rotor porqueambas estn modulados por bandas vecinas (sidebands) a la frecuencia de

paso de polos (FP=

p.s).En la tabla 3.1, podemos ver las Frecuencias de Paso de Polos (Fp) paradiversos tipos de motores de induccin que trabajan con una F L= 60 Hz.


66/203


Una barra rota es una barra muerta en el rotor, causa desbalance elctrico ygenera vibraciones a 1RPM y sus armnicas, como este problema no interactacon la frecuencia de la lnea, no se producen vibraciones a F L ni en susarmnicas.

Tabla 3.1 Frecuencia de Paso de Polos para Diferentes Motoresde Induccin (FL= 3600 CPM)

Los cortocircuitos de las lminas y la rotura de barras, desarrollan puntoscalientes que distorsionan el rotor causando desbalance electromagntico el cualgenera calor y este calor, causa distorsin trmica esta interaccin llega a sercatastrfica cuando hay contacto entre el estator y el rotor.

Adems, se confirma que una o ms barras del rotor estn rotas cuando hayvibraciones a la Frecuencia de Paso de las Barras (FPBR)= barras del rotor xRPM y armnicas acompaadas por sidebands a 7200CPM; Se han halladorotores que tenan cinco barras rotas y que generaban vibraciones elevadas a2(FPBR).

Frecuencias en CPM

VelocidadSincrnica

(NS)

Velocidadreal

RPM

Frecuencia dedeslizamiento

S

Numero depolosp

Frecuencia pasode polosFp = p.s

3600 3580 20 2 40

1800 1770 30 4 120

1200 1175 25 6 150

900 880 20 8 160

720 705 15 10 150

600 580 20 12 240


67/203


Cuando un motor genera amplitudes de vibracin a la frecuencia de FPBR yarmnicas iguales o superiores de 3.75 mm/seg, ser necesario controlar latendencia de las vibraciones antes de desmontar la unidad.


68/203


4. PROBLEMAS EN LA FASE ELECTRICA

Los problemas de fase son debidos a; soltura, rotura de las conexiones, falsoscontactos por corrosin o desgaste en las superficies de contacto de una o msfases de corriente y pueden causar vibraciones elevadas que exceden los 25.4mm/seg a la frecuencia de 2FL y se encuentra rodeada con sidebands a 1/3FLesto es por el contacto espordico de un conector defectuoso.

5. FRECUENCIAS IMPORTANTES EN LOS MOTORES DEINDUCCION

Velocidad del rotor: RPM.

Frecuencia de la lnea FL= 3600 CPM.

La velocidad del campo magntico del estator o velocidad sncrona.NS(CPM) = 7200/p p = Nmero de polos.

Deslizamiento S = NSRPM.

Frecuencia de paso de polos FP= #p x S.

Frecuencia de las Barras del Rotor; FPBR = Barras x RPM y sus sidebands

a mltiplos de 2FL.

Frecuencia de los Slots del Estator; FS = Slots x RPM y sus sidebands amltiplos de 2FL.


69/203


EJERCICIOS

1. La prueba de motor solo o desacoplado, sirve para evaluar problemasincipientes.

2. Que diferencias hay entre los espectros de vibracin por excentricidad delrotor de un motor de induccin de 2 polos con otro de 4 polos?.

3. Que diferencias hay entre los espectros de vibracin por excentricidad delestator de un motor de induccin de 2 polos con otro de 4 polos?.

4. Cul es el espectro esperado por rotura de barras del rotor, de un motorelctrico que tiene 27 barras y 8 polos?.

BIBLIOGRAFA

1. Ciro Martnez T. Mantenimiento y Reparacin de Motores Elctricos, VibroTechnology SRL, LimaPer.

2. J.P. Den Hartog, Mecnica de las Vibraciones MTI, Massachusetts.

3. Maxwell J. Howard; Induction Motor Magnetic Vibration; ProceedingsMachinery Vibration Monitoring and Anlisis Meeting -Vibration Institute;

Abril, 1983.

4. Campbell, W. R.; Arab American Oil Co.; Dhaharan, Saudi Arabia;Diagnosing Alternating Current Electric Motor Problems; Vibration Magazin;

Vol:1, No. 3; December, 1985.

5. Ciro Martnez T. Criterios de Anlisis en Electrobombas Vibro TechnologySRL, LimaPer.


70/203


EJEMPLO PRCTICO

ANLISIS VIBRACIONAL DE UN MOTOR VERTICAL DE 40 Hp

Una electrobomba de pozo profundo utilizado para inyectar petrleo, present un

incremento de sus niveles vibracionales.

ANLISIS DE LAS VIBRACIONES

1. El motor elctrico de 40 Hp, tiene dos polos y durante las pruebas la energaelctrica tena una FL: 3595.65 CPM y el rotor del motor una velocidad de

3539.4 RPM; o sea que la frecuencia de deslizamiento era de S = 56.25 CPM.

2. En los espectros de frecuencias de FMAX:12000 CPM, tomados en el sentido

radial en los cojinetes superior e inferior del motor elctrico, presentan tres

armnicas principales a las RPM del rotor (ver figuras 3.4 y 3.5) rodeados por

bandas vecinas que son armnicas de las frecuencias de polos (FP = #polos x S

= 2 x 56.25 = 112.50 CPM).


71/203


72/203


E8 - E LECTROBOM BA INYECCION 40HP8G 6 -IMA INF M OTOR RADIAL PARALE LINEA A

Route Spectrum

05-APR-97 15:16

OVRALL= 2.99 V-DG

RMS = 2.99

LOAD = 40.0

RPM = 3539.

RPS = 58.99

0 4000 8000 12000

0

0. 3

0. 6

0. 9

1. 2

1. 5

1. 8

2. 1

2. 4

Frequency in C PM

RMSVelocityinmm/Sec

3539.4

6963.0

7078.9

7194.8

10734.3

Figura 3.5 Se Observa Bandas Vecinas que Acompaan

a la 1ra, 2da y 3ra Armnica de las RPM

3. El espectro de frecuencias amplificado de 5400 a 9000 CPM de la tomaradial del cojinete inferior (ver figura 3.6) se observa bandas vecinas de 2RPM(2x3539.4 = 7078.8 CPM) a la frecuencia de paso de polos 112.50 CPM, quenos indicaran que el rotor tiene barras rotas o fisuradas y la vibracin filtradadominante a 2FL(2x3595.65 = 7191.3) nos indicaran excentricidad.


73/203


RECOMENDACIONES

1. Inspeccionar el estado de las barras del rotor.

2. Verificar la excentricidad del rotor y del estator, la desviacin mxima de lasmedidas del entrehierro debe ser 5%.

Figura 3.6 Se Observa Bandas Vecinas de Mltiplos de FPAlrededor de2RPM y la Vibracin Filtrada Dominante es a 2FL


74/203



CAPTULO IV

BOMBAS CENTRFUGAS, VENTILADORES Y

COMPRESORES


75/203


76/203



BOMBAS CENTRFUGAS

Introduccin .......................................................................................................... 4.5

Fuerzas hidrulicas .............................................................................................. 4.6

1. Fuerzas axiales hidrulicas .......................................................................................... 4.6

2. Fuerzas radiales hidrulicas ......................................................................................... 4.8

Fallas hidrulicas ms importantes ...................................................................... 4.10

1. Cavitacin ..................................................................................................................... 4.10

2. Recirculacin ................................................................................................................ 4.12

3. Turbulencia ................................................................................................................... 4.13

Ejercicios .............................................................................................................. 4.14Bibliografa ........................................................................................................... 4.14

Ejemplo prctico; Alta vibracin por fuerzas hidrulicas en una bomba centrfuga ... 4.15

Anlisis de las vibraciones .................................................................................................. 4.15

Recomendaciones ............................................................................................................... 4.15

Trabajos efectuados ............................................................................................................ 4.15

Acciones correctivas ............................................................................................................ 4.15

Prueba final ......................................................................................................................... 4.17


77/203

VENTILADORES O SOPLADORES Y COMPRESORES

Introduccin .......................................................................................................... 4.18

Ejemplo; Anlisis vibracional de un ventilador de tiro de una fabrica de cemento .... 4.19

Introduccin ......................................................................................................................... 4.19

Fabricacin y montaje ......................................................................................................... 4.19

Trabajos realizados ............................................................................................................. 4.21

Conclusiones ....................................................................................................................... 4.25

Recomendaciones ............................................................................................................... 4.26

Prueba final ......................................................................................................................... 4.26


78/203

BOMBAS CENTRFUGAS, VENTILADORES Y COMPRESORES - 4.5

BOMBAS CENTRFUGAS

INTRODUCCIN

En esta mquina el fluido ingresa por efecto de la presin atmosfrica u otrapresin a la succin del impulsor y descarga a una presin superior y a unavelocidad mayor en su periferia, esta energa de velocidad es convertida a energade presin por medio de una voluta (ver figura 4.1) o por un difusor que son alabesdifusores estacionarios ubicados alrededor del impulsor (ver figura 4.2).

Figura 4.1 Partes Principales de una Bomba Centrfuga.


79/203


Figura 4.2 Difusores Estacionarios UbicadosAlrededor del Impulsor

FUERZAS HIDRULICAS

Son vibraciones que se presentan a la frecuencia de los vanos o alabes del impulsory es igual al nmero de vanos (z) por las RPM (f = nz y n = RPM) sta vibracin essimplemente el resultado de pulsaciones de presin dentro de la bomba, causadoscuando los vanos del impulsor pasan por el difusor estacionario, estn acompaadospor ruido que tambin se pueden presentar a las armnicas de las RPM (1n, 2n,3n,....) y que pueden llegar a tener mayor amplitud de vibracin que la frecuenciaprincipal.

1. FUERZAS AXIALES HIDRULICAS

Las vibraciones en el sentido axial son causadas por una fuerza resultantegenerada por la diferencia de presiones entre una cara del impulsor que soportala presin de succin y la otra la presin de descarga.

S la bomba es de una etapa, entonces la fuerza es absorbida por un cojinete

de empuje (ver figura 4.1).

Si la bomba es de doble succin, entonces esta en equilibrio hidrulico, siexiste algn desequilibrio, tiene un cojinete de empuje (ver figura 4.3).


80/203


Figura 4.3 Bomba de doble succin, dispone de un cojinete deempuje si hay algn desequilibrio

Si la bomba es de varias etapas entonces el diseador puede balancear lasfuerzas axiales instalando la mitad de los impulsores en sentido contrario otambin instalando un tambor de balanceo (ver figura 4.4 y 4.5).

Figura 4.4 Bomba es de Varias Etapas, Fuerzas Axiales Balanceadascon Flujo en la Mitad de los Impulsores en Sentido Contrario.


81/203


Figura 4.5 Fuerzas Hidrulicas de los Impulsores balanceados por el Tambor de Balanceo

2. FUERZAS RADIALES HIDRULICAS

Las presiones en todas las secciones de la voluta alrededor del impulsor slo soniguales cuando la bomba trabaja en el punto de mxima eficiencia (ver figura 4.6).Fuera de este punto no existe equilibrio, o sea; para un mayor o menor caudal,que el correspondiente para el punto de mxima eficiencia se generar unafuerza resultante radial y perpendicular al eje.

Cuanto ms alejado se encuentre el caudal de bombeo del caudal de mximaeficiencia, mayor ser la fuerza resultante, la cual ser soportada por loscojinetes de la bomba que pueden llegar a fallar prematuramente por fatiga.

El fluido que pasa por el impulsor slo produce ngulos ideales cuando la

bomba trabaja con el caudal correspondiente al punto de mxima eficiencia. Siel caudal es mayor o menor, el ngulo se desva del ideal y se producenturbulencias adicionales, para el cual la bomba produce mayor energa porunidad de volumen para mover el fluido (ver figura 4.7). Esta es la razn


82/203


principal por la cual la eficiencia de la bomba se reduce en cualquier lado de suflujo con mxima eficiencia.

Figura 4.6 Curva Caracterstica de una Bomba Centrfuga


83/203


Figura 4.7 Anomalas Hidrulicas Fuera del Punto deMxima Eficiencia

La mayor cantidad de fallas en las bombas son ocasionadas al trabajar fuera delpunto de mxima eficiencia, se producen anomalas hidrulicas en el impulsor ypueden ocasionar; Aspereza hidrulica, impulsos de vibracin, flexiones del eje,menor duracin de cojinetes y sellos mecnicos, as como mayor desgaste desus partes.

La vibracin es el resultado de las fuerzas hidrulicas que se forman al salir elflujo de los vanos e interactan con los componentes estacionarios tales como lavoluta o el difusor de la carcasa.

En bombas de varias etapas se utilizan varios recursos para cancelar ocompensar las fuerzas dinmicas generadas en un impulsor por las de otroimpulsor. El mejor mtodo conocido es alternar los impulsores instalndolossobre el eje de tal manera que los vanos de los impulsores adyacentes no seencuentren alineados y no pasen a los vanos del difusor en forma simultnea.


84/203


FALLAS HIDRULICAS MS IMPORTANTES

1. CAVITACIN

Las implosiones de burbujas y ondas de choque por la cavitacin gastarn ypicarn la parte trasera del alabe hasta que se formen agujeros y el impulsor dejede funcionar. A veces, este tipo de desgaste se confunde con ataque corrosivo yno se reconoce que la causa real es la cavitacin.

La cavitacin se produce por una carencia de la altura neta positiva deaspiracin, tambin pueden inducirla las condiciones de flujo turbulento (nolaminar) provocadas por codos agudos de tuberas justo antes de la succin de labomba. Para prevenir la cavitacin causado por la turbulencia se recomiendainstalar un mnimo de 6 a 10 dimetros de tuberas recta justo antes de la succinde la bomba.

El origen de la vibracin producida por la cavitacin es la diminuta implosincausada por bolsones de vapor que se condensan en gotas de agua (u otrofluido) considerablemente ms pequeas. Exceptuando el volumen de las gotasdiminutas, el espacio que ocupaba el vapor se transforma en un vaco. Estoprovoca que las gotas del fluido revienten con una explosin de vapor seguida deotra condensacin, implosin explosin, etc. Aunque son de pequeo tamao lasimplosiones y explosiones continuas afectan la voluta y el impulsor de la bomba.Estos impactos aleatorios se ubican habitualmente en el lado de la succin de labomba y las amplitudes de vibracin no exceden a los valores de alerta a menos

que exista resonancia (entonces los picos alcanzaran de 15 a 18 mm/seg).

Aunque las amplitudes son por lo general pequeas, la cavitacin esextremadamente destructiva porque provoca la erosin de diversoscomponentes. Tambin puede incrementar las vibraciones axiales que si sonexcesivos pueden daar los cojinetes y los sellos. Los espectros de vibracinproducidos tienen un rango de frecuencia amplio y de baja amplitudGeneralmente no hay picos principales sino un rango aleatorio de picos nosincrnicos entre 12,000 y 120,000 CPM (ver figura 4.8).

La cavitacin produce frecuencias muy errticas y variadas, las amplitudes masaltas se encuentran a menudo en el rea de succin de la bomba y muchasveces son ms altas en la direccin axial.


85/203


Figura 4.8 Espectro Tpico de Vibraciones por Cavitacin.

2. RECIRCULACIN

Cuando se reduce la salida de una bomba centrifuga al estrangular la vlvula dedescarga u otras restricciones de descarga, se altera el flujo del fluido a travs dela bomba. La velocidad del fluido que sale por las puntas de los alabes delimpulsor se reduce y por consiguiente el fluido ya no pasa constantemente a lavoluta y la tubera de descarga induciendo vibraciones a la frecuencia del numerode alabes x RPM, su amplitud a menudo excede los valores de alerta,especialmente si existe resonancia. Sin embargo es importante observar que se

produce recirculacin en el lado de descarga de la bomba y se produce lacavitacin en el lado de la succin.


86/203


Figura 4.9 Espectro Tpico de Vibraciones por Recirculacin.

La solucin para la Recirculacin es operar la bomba dentro del rangorecomendado de su capacidad o lo mas cerca posible segn las condiciones defuncionamiento para evitar el estrangulamiento excesivo.

Si se desea reducir permanentemente la capacidad de la bomba, entonces debereducirse ligeramente el Dimetro Exterior del impulsor para aumentar el espacio

entre las puntas del impulsor y la voluta. Rebajar las puntas del propulsor es otraforma de reducir la vibracin del paso de alabes sin disminuir considerablementela capacidad de la bomba.

3. TURBULENCIA

La turbulencia es causada por el diseo deficiente de la tubera y cuando labomba trabaja con muy bajos caudales (inferiores al 25% del caudal de diseo) osea con bomba sobredimensionada.

Hay turbulencia cuando se fuerza al fluido a efectuar cambios bruscos de sudireccin en; los codos de 90, las tuberas de descarga, el paso a travs de lasvlvulas, el paso por el impulsor, el paso por la voluta, etc. Comnmente noprovoca un exceso de vibracin a menos que se excite una frecuencia resonante.


87/203


Los espectros de vibracin parecen similares a los de cavitacin, pero en unrango de frecuencias pequeo (de 10 a 50 CPM) con amplitudes variables yubicadas cerca de la frecuencia fundamental (ver figura 4.10).

La solucin para la turbulencia depende de la buena seleccin de la bomba y delbuen diseo de las lneas para evitar curvas agudas, restricciones, etc. S lascurvas resultan inevitables, entonces emplear guas internas para facilitar el flujodel fluido.

Figura 4.10 Espectro Tpico de Vibraciones por Turbulencia.

EJERCICIOS

1. Si una bomba de dos etapas esta hidrulicamente balanceada en el sentido axialo longitudinal al eje, entonces que funcin tiene el cojinete de empuje.

2. Por qu la eficiencia disminuye hacia la izquierda o hacia la derecha del puntode mejor eficiencia?.

3. Que rango de frecuencias vibracionales tiene la cavitacin?.

4. Que rango de frecuencias vibracionales tiene la recirculacin?.

5. Que rango de frecuencias vibracionales tiene la turbulencia?.


88/203


BIBLIOGRAFA

1. Bingham Willamette Company, Bulletin, Reference E21 Manual, 1979.

2. Elmer Makay, How to Avoid Field Problems with Boiler Feed Pumps, EnergyResearch & Consultants Corp., Morrisville, Pa.

3. Cecil R. Sparks and J. C. Wachel, Pulsation in Centrifugal Pump and PipingSystem; Southwest Research Institute, San Antonio Texas.

4. Robert J. Meyer, Solve Vertical Pump Vibration Problems; Industrial PumpDivision, Allis-Chalmers Corp., Cincinnati Ohio.

5. Ronald L. Eshleman, Basic Machinery Vibrations; The Vibration Institute; May1999.

6. W. P. Hancock, How to Control Pump Vibration; Shell curacao, NetherlandsAntilles,; Hydrocarbon Processing, Gulf Publishing Co. 1974.


89/203


EJEMPLO PRCTICO

ALTA VIBRACIN POR FUERZAS HIDRULICAS EN UNA BOMBA

CENTRIFUGA

Una bomba horizontal centrfuga de dos (2) etapas que trabaja con petrleo,siempre presentaba deterioro prematuro de su cojinete antifriccin de contactoangular, alta temperatura (95C) y niveles de vibracin importantes a lafrecuencia de los vanos o alabes del impulsor.

Anlisis de las vibraciones

La alta temperatura del cojinete antifriccin de contacto angular de la bombaBingham es producto de la alta vibracin de la bomba, ver en la figura 4.11, el

espectro de vibraciones modulado.

Los ms altos niveles de vibracin que se presentan en el cojinete antifriccin decontacto angular de la bomba Bingham, son por efecto de fuerzas hidrulicas dela bomba y se presentan a la frecuencia de paso de los alabes del impulsor 6 x3200 = 19200 CPM, (ver figuras 4.11 y 4.12).

No hay vibraciones a la frecuencia de falla del cojinete antifriccin de contactoangular FAG 7315BG (FTF: 1313 CPM, BSF: 6620 CPM, BPFO: 15760 CPM yBPFI: 22640 CPM).

Recomendaciones

Inspeccin total del rotor de la bomba, aparentemente se encuentra descentradocon respecto al estator o hay obstruccin del flujo que crea un desbalancehidrulico.

Trabajos efectuados

Se hallaron las siguientes deficie

Análisis Vibracional en Equipos Rotativos y

Documents

Transcript of Análisis Vibracional en Equipos Rotativos y