Desmitificando el monitoreo de vibraciones Parte 2: Principios de análisis de vibraciones en máquinas rotativas

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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

Las pruebas de vibración en máquinas rotativas proporcionan información vital sobre el estado de la máquina. A continuación, se presentan algunos conceptos básicos sobre vibración: 

Por ejemplo, si el eje de un motor gira el eje de una bomba a 1776 RPM, un punto pesado en el eje genera una fuerza hacia afuera en todas las direcciones radiales a medida que gira. Esto es como un hula hula. 

Nota:  Incluso una máquina en buen estado tendrá algo de vibración a medida que gira el eje, pero esto se considera normal. 

El sensor superior detecta vibración una vez por revolución solo en el eje vertical (en la figura inferior izquierda). La onda sinusoidal (en la figura inferior derecha) muestra la vibración vertical a medida que gira el eje. Una revolución completa del eje produce un ciclo completo de una onda sinusoidal. El pico se produce cuando el punto más pesado está arriba y el valle, cuando el punto más pesado está abajo. 

En la Figura 1, vea cómo las RPM del eje = CPM de la onda sinusoidal. 

Otros componentes de la máquina en el eje

El eje giratorio del motor hace girar el eje de la bomba a través del acoplamiento. Cada vez que un álabe del impulsor pasa por el sensor superior, se genera una pequeña vibración. Si la bomba tiene 10 álabes, el sensor detecta la vibración de un álabe 10 veces por cada revolución del eje. (El impulsor de la bomba gira a la misma velocidad que el eje de la bomba). Una onda sinusoidal muestra 10 ciclos completos. 

La mayor masa del motor y del eje de la bomba provocará una mayor amplitud (magnitud) de vibración que la del impulsor. La onda sinusoidal de la vibración del impulsor de la bomba tendrá una amplitud menor que la del eje, pero tendrá más ciclos (10) por cada rotación completa del eje. En la Figura 2, observe cómo las vibraciones de los álabes del impulsor en el eje son iguales a los ciclos de la onda sinusoidal. 

Formas de onda complejas

Si superponemos las dos ondas sinusoidales (eje e impulsor de la bomba) podría verse como la Figura 3:

Figura 3 y XNUMX

Pero en realidad las vibraciones se suman entre sí y se parecen más a la Figura 4:

Figura 4 y XNUMX

Y 20 o 30 vibraciones de diferentes componentes de una máquina rotatoria real podrían verse como en la Figura 5:

Análisis de frecuencia (espectro)

La forma de onda temporal contiene información sobre la máquina, pero los patrones de los diferentes componentes se superponen y se mezclan para crear una vista muy compleja. Un algoritmo matemático (FFT) convierte la compleja forma de onda temporal en un gráfico simple llamado espectro de frecuencia. Separa las formas de onda individuales para que podamos analizarlas por separado. Esta conversión se realiza dentro del comprobador. 

Los datos de forma de onda y los datos espectrales son los mismos datos de vibración, sólo que son dos formas diferentes de visualizarlos. 

En nuestro ejemplo anterior, podemos ver cómo la forma de onda compleja de la izquierda se compone de las dos formas de onda separadas del centro. Estas pueden convertirse en un espectro (Figura 6), que es un gráfico simple de la amplitud de la señal (eje y) frente a la frecuencia (eje x). 

Vemos lo mismo en los espectros de una máquina rotatoria real en la Figura 7 anterior. 

•  Estos picos se encuentran en frecuencias específicas que representan vibraciones que ocurren en la máquina. El diagnóstico de la máquina implica comparar los picos del espectro con los eventos que ocurren en la máquina. 
•  El análisis espectral es la herramienta principal que utilizamos para diagnosticar el estado de nuestras máquinas rotativas. 

Conclusión

Con la capacidad de descomponer señales de vibración complejas en patrones simples y reconocibles, el análisis del espectro nos brinda una poderosa ventana a lo que realmente sucede dentro de nuestras máquinas, a menudo antes de que los problemas se vuelvan visibles o audibles.

Línea Lea la Parte 3 → Identificación e interpretación de patrones generales de vibración y fallas

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.