Universidad Austral de Chile

Facultad de Ciencias De la ingeniería

Instituto de Ciencias Navales y Marítimas

Escuela de Ingeniería Naval

Dinámica de la Nave

ANALISIS DE VIBRACIONES EN BANCO DE PRUEBAS

LABORATORIO

Profesor: Héctor Legue

Integrantes: Lincoln Hooper

Jovian Catalán

DICIEMBRE 2012

Objetivos:

Operar y reconocer los equipos de medición de vibraciones, así como también el funcionamiento

del banco de pruebas como complemento a los contenidos vistos en clase.

También se ilustra con el análisis simple del banco de prueba, la utilidad de la técnica del equipo

capturador de señales, VibraCHECK A-800, para analizar las vibraciones de alta frecuencia.

Conocidos los equipos, luego, es relevante llevar a cabo toda la generación de la ruta de medición

en el software MAINTraq Predictive 2.1. Tomando las medidas necesarias en diferentes puntos de

la máquina y en distintas direcciones

Entender como la información modal es extraída desde las mediciones de vibración a través de un

equipo de vibraciones que no realiza análisis modales. Dentro de los datos recolectados definir e

interpretar algunos componentes del sistema que pueden ser identificados por su frecuencia

característica e identificando irregularidades de vibraciones.

Introducción:

Se procederá a definir ciertos términos básicos relacionados con el análisis de vibraciones.

Vibraciones: Se definen como el movimiento oscilante que hace una partícula alrededor de un punto fijo. Este movimiento, puede ser regular en dirección, frecuencia, intensidad, o bien puede ser aleatorio.

Análisis espectral: Es la técnica más comúnmente empleada para el diagnóstico de fallas por medio del análisis de vibraciones. Se pueden identificar fallas típicas tales como desbalanceo de rotor, desalineamiento, solturas mecánicas y defectos en rodamientos. La idea fundamental del análisis espectral es encontrar la relación existente entre la frecuencia de las componentes discretas presentes en el espectro y la frecuencia de las fuerzas dinámicas que generan las vibraciones.

Forma de onda: Es una de las técnicas del domino tiempo más útiles para detectar defectos en rodamientos. Por ejemplo, el análisis de la forma de onda de la aceleración vibratoria permite identificar los impactos producidos por el paso de los elementos rodantes sobre un defecto localizado, y por medio de su periodicidad y su relación con la frecuencia de falla identificar la localización del defecto (pista interna, externa o canastillo).

Onda mecánica: una onda de este tipo es una perturbación de las propiedades mecánicas de un medio material (posición, velocidad y energía de sus átomos o moléculas) que se propaga en el medio. El sonido, el ruido, es el ejemplo más conocido de onda mecánica.

Importancia de las vibraciones: En el estudio todas las estructuras mecánicas, son susceptibles a tener vibraciones y por ende experimentar problemas (Resonancia). Los esfuerzos dinámicos producidos por las vibraciones, pueden ser a veces mayores que los esfuerzos estáticos. Si precaución, las vibraciones se transforman en altos costos de mantención y operación debido al desgaste y/o falla.

Metodología de medición:

Se procede a medir las vibraciones que se producen en una maquina rotativa, para esta medición se utiliza un medidor vibracheck, el programa MAINTRAQ y n termómetro digital para media la temperatura en los puntos de medición.

En el programa MAINTRAQ, se procede a crear una ruta que contara con 4 parte de la maquina rotativa, dos descansos y dos partes del motor, el sentido de la medición será vertical, horizontal y axial, y dentro de cada sentido se medirán el espectro y la forma de onda, estos a su vez se dividen en cuatro formas distintas de medición que son velocidad, aceleración, envolvente y desplazamiento.

Se procedió a programar en la ruta las alarmas para la velocidad en base a al norma ISO 2372, clase I para equipos pequeños hasta 15 kW, la cual indica un rango entre hasta 1,8 (mm/s) como bueno y hasta 4,5 (mm/s) como aceptable.

Maquina rotativa y distribución de los descansos y motor.

Luego de creada la ruta se procedió a traspasarla a un acelerómetro de la marca vibracheck el cual realizara la medición de las vibraciones de la maquina rotativa y a través del MAINTRAQ representara esos valores en gráficos.

Acelerómetro vibracheck (IDEAR, N° de serie 158):

Ruta de medición del MAINTRAQ:

Dentro de esta ruta para cada parte de la maquina rotativa medida en sentido vertical, horizontal y axial se pide los espectro y la forma de onda de la velocidad envolvente aceleración y desplazamiento.

También se procede a realizar la medición de temperatura en los puntos de medición para esta se utilizo un termómetro digital marca fluke 65.

Termómetro digital marca FLUKE 65 INFRARED THERMOMETER:

Se procederá a presentar fotos de la secuencia de medición a modo de ejemplo en el descanso 1:

Descanso 1: Se procede a medir la vibración y la temperatura en cada punto.

Medición vertical:

Medición horizontal:

Medición axial:

Características de la maquina rotativa donde se realizaron las mediciones:

Banco de pruebas posee las siguientes características:

Motor eléctrico: potencia 3 (HP).

Voltaje: 380/420 (Volts).

Amperaje: 4,7 (A).

Ciclos: 50.

Fase: 3.

C.P.M: 1430.

Eje: diámetro 3 (cm) y longitud 70 (cm).

Distancia entre descanso: 44 (cm).

Banco de pruebas:

Motor eléctrico:

Rodamientos:

Tipo: NSK22207E

Categoría: Oscilante de rodillo.

Marca: NSK.

ID d: 35 (mm).

OD d: 72 (mm).

Espesor B: 23 (mm).

Resultados de las mediciones (espectros y valores máximos).

Se procederá a presentar los gráficos de espectro y forma de onda para cada punto de medición.

Descanso 1, vertical espectros:

Descanso 1, vertical formas de ondas:

Descanso 1, horizontal espectros:

Descanso 1, horizontal formas de ondas:

Descanso 1, axial espectros:

Descanso 1, axial formas de ondas:

Descanso 2, vertical espectros:

Descanso 2, vertical formas de ondas:

Descanso 2, horizontal espectros:

Descanso 2, horizontal formas de ondas:

Descanso 2, axial espectros:

Descanso 2, axial formas de ondas:

Motor 1, vertical espectros:

Motor 1, vertical formas de ondas:

Motor 1, horizontal espectros:

Motor 1, horizontal formas de ondas:

Motor 1, axial espectros:

Motor 1, axial formas de ondas:

Motor 2, vertical espectros:

Motor 2, vertical formas de ondas:

Motor 2, horizontal espectros:

Motor 2, horizontal formas de ondas:

Motor 2, axial espectros:

Motor 2, axial formas de ondas:

Análisis de resultados:

A continuación se procederá a realizar el análisis de resultados obtenenidos por medio del MAINTRAQ, para determinar las posibles fallas.

Al configurar las alarmas se obtuvo los siguientes colores que indican si existen problemas de vibraciones.

De acuerdo a la norma ISO 2372:

Verde cumple con la norma, (Hasta 1,8 mm/s).

Amarillo cumple pero es insatisfactorio por parte de la norma, (Entre 1,8 y 4,5 mm/s)

Rojo no cumple con la norma, (Superior a 4,5 mm/s).

Tabla de velocidades fundamental y dos armónicas:

Velocidades (fundamental y dos armónicas) (mm/s)

Descanso 1 1X 2X 3X

Vertical 2,004 0,373 0,110

Horizontal 7,994 0,031 0,663

Axial 0,361 0,142 0,166

Descanso 2 1X 2X 3X

Vertical 4,285 0,048 0,034

Horizontal 1,553 0,254 0,292

Axial 0,627 0,055 0,147

Motor 1 1X 2X 3X

Vertical 8,178 0,185 0,135

Horizontal 2,168 0,152 0,382

Axial 3,214 0,292 0,103

Motor 2 1X 2X 3X

Vertical 6,56 0,048 0,175

Horizontal 4,669 0,266 0,029

Axial 3,376 0,358 0,163

Tabla de envolventes fundamental y dos armónicas:

Envolvente (fundamental y dos armónicas) (gE)

Descanso 1 1X 2X 3X

Vertical 0,032 0,114 0,058

Horizontal 0,071 0,043 0,057

Axial 0,093 0,066 0,044

Descanso 2 1X 2X 3X

Vertical 0,169 0,158 0,151

Horizontal 0,027 0,020 0,032

Axial 0,103 0,074 0,016

Motor 1 1X 2X 3X

Vertical 0,235 0,032 0,030

Horizontal 0,074 0,029 0,040

Axial 0,045 0,048 0,014

Motor 2 1X 2X 3X

Vertical 0,103 0,023 0,025

Horizontal 0,039 0,050 0,024

Axial 0,071 0,080 0,055

Analizando los valores espectrales obtenidos de velocidades verticales y horizontales, puede uno ver que no son iguales por lo tanto no se produce el fenómeno de desbalanceo, ya que de existir estos valores de velocidad serian iguales.

La frecuencia del rodamiento es:

Rodamiento 22207 E

BFPO 153 Hz

BFPI 219 Hz

FTF 10 Hz

2XBSF 132 Hz

AL no coincidir los valores de frecuencia fundamental con los valores de frecuencia de los rodamientos no se producirá falla por rodamiento.

Se procede a verificar si existe falla por desalineamiento por medio de los desplazamientos:

Descanso 1 y Descanso 2 vertical:

Existe desfase.

Descanso 1 y Descanso 2 horizontal:

Existe desfase.

Motor 1 y Motor 2 vertical:

Existe desfase.

Motor 1 y Motor 2 horizontal:

Están en fase.

Descanso 2 y Motor 1 vertical:

Existe desfase.

Descanso 2 y Motor 1 horizontal:

Existe desfase.

Descanso 1 y Motor 2 vertical:

Existe desfase.

Descanso 1 y Motor 2 horizontal:

Existe desfase.

Tabla resumen de fase de los descansos y motor.

Parte de la maquina Orientación t (seg) T (seg) Fase

Descanso 1

vertical 0,008 0,05 58

horizontal 0,033 0,074 161

Descanso 2

vertical 0,013 0,052 90

horizontal 0,026 0,064 146

Motor 1

vertical 0,033 0,072 165

horizontal 0,006 0,047 46

Motor 2

vertical 0,036 0,077 168

horizontal 0,005 0,048 38

Estas fueron las temperaturas obtenidas en la medicion.

Tabla de temperaturas en los descansos y motor:

Parte de la maquina. Vertical (°C). Horizontal (°C). Axial (°C).

Descanso 1 33,4 24,7 30,5

Descanso 2 24,2 27,3 26,5

Motor 1 26,2 27 30,3

Motor 2 25,9 30,5 35,3

Conclusiones.

Se ha podido realizar un análisis de vibraciones a un banco de pruebas por medio de MAINTRAQ y diversos instrumentos de laboratorios en el cual se pudo analizar las posibles fallas de la maquina rotativa.

De acuerdo a lo analizado no existe falla por rodamiento ni por desbalanceo.

Existe desalineamiento siempre y cuando la fase este cerca de 180° por tanto al realizar el análisis se predice un desalineamiento en las siguientes partes de la maquina rotativa: Descanso 1 horizontal, Descanso 2 horizontal, motor 1 vertical y motor 2 vertical.

Por lo tanto entre los descansos predomina un desalineamiento horizontal y en el motor uno vertical.

Estos desalineamiento son debido a el uso intermitente de la maquina ya que se producen grandes esfuerzos en el eje de parada y partida lo cual puede deformar el eje del rotor del motor eléctrico.