Desmitificando el monitoreo de vibraciones Parte 4: Diagnóstico de desequilibrio, desalineación, holgura y desgaste de los rodamientos
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Parte 1: Por qué es importante el monitoreo de vibraciones y cómo funciona
Parte 2: Principios de análisis de vibraciones en máquinas rotatorias
Parte 3: Identificación e interpretación de patrones generales de vibración y fallas
Parte 4: Diagnóstico de desequilibrio, desalineación, holgura y desgaste de los rodamientos
Los cuatro fallos más comunes de las máquinas
Cada componente de la máquina produce una señal de vibración única. Las señales que se muestran en el espectro suelen formar patrones característicos. El reconocimiento de patrones es fundamental en el análisis de vibraciones, pero se requiere una formación y experiencia considerables para reconocerlos e interpretarlos.
No pierda el tiempo analizando los cientos de fallos raros de las máquinas cuando el 90 % del tiempo las máquinas rotativas sufren cuatro fallos comunes: desalineación, desequilibrio, holgura y desgaste de los cojinetes.
Tabla resumen de las cuatro fallas más comunes
A continuación se muestra una descripción simplificada de los patrones utilizados para reconocer las cuatro fallas más comunes de las máquinas.
Desequilibrio
Un desequilibrio es un punto pesado en el eje que provoca fuerzas en todas las direcciones radiales que generan una vibración excesiva y aumentan el desgaste de los cojinetes, sellos, etc. Consulte la Figura 2 a continuación.
Desalineación
La desalineación se produce cuando los ejes de rotación de dos ejes no están alineados durante el funcionamiento normal de la máquina. Esto genera fuerzas que generan vibraciones excesivas y aumentan el desgaste de rodamientos, sellos, etc. Consulte la Figura 3 a continuación para obtener más información.
Flojedad
La holgura se produce cuando el eje, la base o un componente se ha aflojado, lo que provoca fuerzas que generan una vibración excesiva y aumentan el desgaste de los cojinetes, sellos, etc., como en la Figura 4.
Falla del rodamiento
Los rodamientos se desgastarán por cargas excesivas, otras fallas de la máquina, lubricación o instalación deficientes, etc. Si no se corrige, los rodamientos eventualmente fallarán, y la Figura 5 muestra cómo se ve esto:
¿Por qué las frecuencias de los rodamientos no son sincrónicas (picos no enteros)?
La geometría de las bolas, la jaula y las pistas se muestra a diferentes velocidades, no a un múltiplo de la velocidad del eje. Esto significa que los picos no sincrónicos suelen provenir de rodamientos de rodillos. Muchos programas de vibración requieren cuatro frecuencias de rodamientos para diagnosticar fallas: pista interior, pista exterior, jaula y giro de la bola (véase la Figura 6). Una excepción es el Flukes 810, que utiliza reconocimiento automático de patrones.
La figura 7 (abajo) es un ejemplo de una falla de cojinete.
Observe que el pico de vibración del eje es de 1X. Si la máquina tiene cuatro álabes en el impulsor de la bomba, se mostrará un pico menor de 4X.
Pero, ¿qué es el pico grande de 3.56X? Una máquina no puede tener 3.56 aspas de ventilador ni 3.56 álabes de bomba. Probablemente se deba a un rodamiento de rodillos.
Comprender la gravedad de cuatro fallas comunes
La gravedad de las cuatro fallas comunes se puede rastrear a lo largo del tiempo basándose en el historial de cientos de miles de máquinas que han sido analizadas por muchos expertos en vibraciones durante 30 años.
Este conocimiento y experiencia se han incorporado a algoritmos basados en reglas y a una base de datos de referencia que han demostrado ser eficaces en máquinas rotatorias estándar (motores, bombas, ventiladores, compresores, sopladores y husillos de un solo eje).
Se ha analizado la progresión de las fallas de la máquina para cada clase de máquina y cada falla, y se han identificado patrones que permiten al programa de diagnóstico de un comprobador de vibraciones diagnosticar con precisión la gravedad de cada falla. A continuación, se muestra cómo un analista experimentado analizaría manualmente los datos; sin embargo, recuerde que un comprobador como el Fluke 810 lo hace todo automáticamente.
Progresión del desequilibrio: observe la gravedad a medida que empeora
Un punto pesado en el eje provoca fuerzas en todas las direcciones radiales que generan una vibración excesiva y aumentan el desgaste de cojinetes, sellos, etc. Las indicaciones de desequilibrio son bastante sencillas: vibración 1X (eje) más alta de lo normal en la dirección radial y tangencial.
Dado que 1X se observa mejor en el rango bajo, busque desequilibrio comparando los picos de 1X en dicho rango. Si los picos de 1X aumentan con el tiempo en dirección radial o tangencial, pero no axial, la falla es desequilibrio.
La gravedad está determinada por la cantidad de amplitud del pico 1X sobre la línea base.
Observe la evolución de la gravedad de la falla en cada etapa del desequilibrio y anote la acción de reparación sugerida en la Figura 8 a continuación.
Progresión de la desalineación: observe la gravedad a medida que empeora
Los ejes de rotación de dos ejes no son colineales cuando la máquina funciona en condiciones normales de funcionamiento. Esto provoca vibraciones excesivas y aumenta el desgaste de rodamientos, sellos, etc.
Los indicios de desalineación son bastante claros. Incluyen una vibración 1X (del eje) superior a la normal en dirección axial y 2X en dirección radial/tangencial.
Los picos aumentados se verán tanto en la ubicación del motor como en la de la bomba debido a que hay desalineación entre los dos ejes.
Dado que los picos 1X y 2X se aprecian mejor en el rango bajo, busque desalineación comparándolos. Si los picos aumentan con el tiempo, la falla es la desalineación.
La gravedad está determinada por la cantidad de amplitud sobre la línea de base.
Observe la evolución de la gravedad de la falla en cada etapa de desalineación y anote la acción de reparación sugerida en la Figura 9.
Progresión de la laxitud: observe la gravedad a medida que empeora
El eje, la base o un componente se ha aflojado, lo que provoca fuerzas que provocan una vibración excesiva y aumentan el desgaste de los cojinetes, sellos, etc.
Los indicios de holgura son bastante claros. Incluyen armónicos 1X más altos de lo normal en cualquier dirección. Dado que estos armónicos se aprecian mejor en el rango bajo, busque holgura comparando los armónicos 1X en el rango bajo.
Si los armónicos 1X aumentan con el tiempo en cualquier dirección, la falla es de holgura. La gravedad se determina por la amplitud de los armónicos 1X sobre la línea base.
Observe la evolución de la gravedad de la falla en cada etapa de aflojamiento y tome nota de la acción de reparación sugerida en la Figura 10 a continuación.
Progresión del desgaste de los rodamientos: observe la gravedad a medida que empeora
Las señales de desgaste de los rodamientos pueden aparecer y desaparecer. Un mes están presentes y al siguiente no. Todos sabemos que los rodamientos no mejoran.
Tenga esto en cuenta al diagnosticar fallas en los rodamientos. Busque picos no enteros en cualquier dirección. Observe la evolución de la gravedad de la falla en cada etapa de desgaste y anote la solución de reparación sugerida (véase la Figura 11). Nota: Los datos del motor son normales.
El desgaste de los rodamientos suele deberse a otros factores que actúan sobre ellos. Si sus rodamientos fallan prematuramente, conviene analizar otras fallas menores en su máquina, como desequilibrio, desalineación o holgura. Por ejemplo, una desalineación moderada puede o no aumentar con el tiempo, pero sus efectos aumentarán la tensión en los rodamientos y sellos con el tiempo.
Asegúrese de que el comprobador que utilice muestre todas las fallas detectadas en la máquina para identificar posibles causas raíz del fallo. Incluso si la desalineación no es grave, debe diagnosticarse y corregirse pronto para evitar daños colaterales en los rodamientos y sellos.
Conclusión: De las señales de vibración a un mantenimiento más inteligente
En esta serie, hemos analizado cómo funciona la vibración, qué revela y cómo se relaciona directamente con las fallas más comunes en equipos rotativos. Pero la verdadera conclusión es la siguiente:
La monitorización de vibraciones proporciona a los equipos de mantenimiento la señal correcta en el momento adecuado.
Es lo suficientemente temprano para planificar y actuar, pero lo suficientemente enfocado para evitar interferencias y falsos positivos. Se escala desde herramientas de detección sencillas hasta sistemas de diagnóstico avanzados, y se adapta a las necesidades de los técnicos, ya sea que estén identificando problemas o confirmando las causas raíz.
A medida que los equipos se encargan del mantenimiento de más equipos con menos recursos, la vibración se convierte en algo más que una medida: en una estrategia.
Con las herramientas adecuadas y una comprensión clara de lo que le dice la vibración, puede pasar de reparaciones reactivas a una planificación basada en la condición y mantener sus activos funcionando por más tiempo, con menos sorpresas.
Autor Bio: John Bernet es Especialista en Aplicaciones Mecánicas y Productos en Fluke Corporation. Con más de 30 años de experiencia en mantenimiento y operación de centrales nucleares y maquinaria en plantas comerciales, John ha colaborado con clientes de todos los sectores en la implementación de programas de confiabilidad. Es Analista de Vibraciones Certificado de Categoría II y Profesional Certificado en Confiabilidad de Mantenimiento (CMRP), con más de 20 años de experiencia en el diagnóstico de fallas de maquinaria.
