CAPITULO X: Tipos de vibraciones mecánicas
10.6 Soltura estructural
Fig. 10.6.1 Soltura Estructural
Ablandamiento o desplazamiento del pié de la máquina, por holgura en los pernos de la base o por deterioro de los componentes de la sujeción El espectro presenta vibración a 1X RPM en la base de la máquina con desfase a 180 grados entre los elementos sujetados en el anclaje. Altamente direccional en la dirección de la sujeción.
10.7 ROTOR O EJE PANDEADO
Fig. 10.7.1 Rotor o eje pandeado
Se produce por esfuerzos excesivos en el eje Genera Vibración AXIAL alta con diferencia de fase de 180 grados medida en los dos soportes del rotor. La vibración dominante es de 1X RPM si el pandeo está cercano al centro del eje, y es de 2X RPM si el pandeo está cerca del rodamiento.
10.8 Correas O Bandas
Excentricidad de Poleas: Fácilmente confundible con desbalance. Ocurre cuando el centro de rotación no coincide con el centro geométrico en una polea o engranaje La mayor vibración ocurre a 1 X RPM del elemento con excentricidad, en dirección de la línea que cruza por los centros de los dos rotores.
Fig. 10.8.1 Excentricidad de Poleas
Desgaste de la Correa: Ocurre por sobrepaso de la vida útil de la banda, o por desgaste excesivo de la misma Las frecuencias de bandas siempre están por debajo de la frecuencia del motor o máquina conducida. Normalmente se encuentran cuatro picos y generalmente predomina el de 2x frecuencia de banda.
Fig. 10.8.2 Desgaste de Correas
Resonancia de Correas:
Sucede si la frecuencia natural de la banda coincide o se aproxima a las RPM del motor o de la máquina conducida. El espectro muestra altas amplitudes de la frecuencia de resonancia y la frecuencia de excitación de banda, siendo la frecuencia de resonancia la predominante.
Fig. 10.8.3 Resonancia de Correas
Desalineación entre Poleas:
Se dan tres tipos, desalineación paralela, desalineación angular y casi todas las desalineaciones que se observen en la práctica son una combinación de las 2 anteriores.
Estas generan vibraciones anormales en sentido axial y radial excitación del pico representativo de la velocidad 1X RPM, especialmente en sentido axial.
10.9 Flujo De Líquidos
Frecuencia De Aspas: Frecuencia a la cual, cada aspa pasa por un punto de la carcaza. Producida por obstrucciones, cambios abruptos de direcciones o desgastes de juntas La BPF (frecuencia de paso de aspas) es excitada en sus primeros dos armónicos con bandas laterales. La BFP es igual al número de aspas por la frecuencia, algunas veces coincide con la frecuencia natural lo cual causa altas vibraciones.
Fig. 10.9.1 Frecuencia de Aspas
Cavitación: Es la entrada de aire o vaporización de un fluido dentro de la bomba. Ocurre cuando la presión de fluido es menor que la presión de vapor a esta temperatura. La cavitación causará erosión a las partes internas de la bomba, el espectro muestra una vibración a altas frecuencias del orden de 2000 Hz.
10.10 Bombas Con Engranes
Bombas con engranes se usan para bombear aceite de lubricación, y casi siempre tienen un componente de vibración fuerte en la frecuencia del engranaje, que es el número de dientes en el engrane por las RPM. Este componente dependerá fuertemente de la presión de salida de la bomba.
Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparición de armónicos o de bandas laterales, en el espectro de vibración, este podría ser una indicación de un diente roto o dañado de otra manera.
10.11 Fallas En Rodamientos
Falla en pista interna:
Grietas o picaduras del material en la pista interna, Se produce una serie de armónicos siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM la frecuencia de falla de la pista interna, en dirección radial. Además el contacto metal - metal entre los elementos rodantes y las pistas producen pulsos en el dominio del tiempo del orden de 1-10 Khz.
Fig. 10.11.1 Falla rodamiento pista interna Falla en pista externa:
Grietas o picaduras del material en la pista externa, Se produce una serie de armónicos siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM la frecuencia de falla de la pista externa, en dirección radial. Además el contacto metal - metal entre los elementos rodantes y las pistas producen pulsos en el dominio del tiempo del orden de 1-10 Khz.
Falla En Elementos Rodantes:
Se produce una serie de armónicos siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM la frecuencia de falla de los elementos rodantes, en dirección radial. Además el contacto metal - metal entre los elementos rodantes y las pistas producen pulsos en el dominio del tiempo del orden de 1-10 Khz.
Fig. 10.11.3 Falla en elemento rodante
Deterioro de jaula:
Deformación de la jaula, caja o cubierta que mantiene en su posición a los elementos rodantes.
Se produce una serie de armónicos de la frecuencia de la jaula siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM de la frecuencia de falla en jaula, en dirección radial o axial.
10.12 Fallas En Engranajes
Estado Normal: Espectro característico de un engranaje en estado normal Espectro característico del engrane: El espectro mostrará armónicos 1 X y 2 X RPM del piñón conductor y de la rueda conducida. Adicionalmente, mostrará bandas laterales alrededor de la Frecuencia de Engrane GMF (Gear Mesh Frecuency).
Fig. 10.12.1 Espectro característico de un engranaje en estado normal
Desgaste En Diente: Ocurre por operación más allá del tiempo de vida del engranaje, contaminación de la grasa lubricante, elementos extraños circulando en la caja del engrane o montaje erróneo Su espectro se caracteriza por la aparición de bandas laterales alrededor de la frecuencia natural de vibración (FN) del engrane defectuoso. El espaciamiento de las bandas laterales es 1 XRPM del engrane defectuoso.
Sobrecarga En Engrane
Fig. 10.12.3 Espectro de sobrecarga en engranaje
La excentricidad ocurre cuando el centro de simetría no coincide con el centro de rotación. El backlash se produce cuando, al terminar el contacto entre dos dientes, los dos siguientes no entran inmediatamente en contacto el espectro muestra aumento considerable de las bandas laterales alrededor del la GMF y Fn. El engranaje con problemas es indicado por el espaciado de las bandas laterales.
Si el problema es blacklash, la GMF debe disminuir con el aumento de la carga Para corregir el problema, el engranaje debe ser reensamblado o reemplazado si se encuentran problemas de manufactura.
CAPITULO XI
Casos de fallas reales
11.1 Descripción del Aero-nfriador.
Para el enfriamiento de condensado de las plantas se utilizan aero-enfriadores los cuales se monitorean las vibraciones del motor eléctrico y rodamientos del Fin-Fan, en total son 180 aero-enfriadores por Planta. El Fin-Fan tiene un rodamiento inferior de carga axial y un rodamiento superior de carga radial, al igual que el motor eléctrico, el movimiento se transmite mediante correa de una banda y poleas.
El rodamiento inferior del fan es de rodillos a rótula auto-alineables y muy robustos. Las dos hileras de rodillos hacen que los rodamientos puedan absorber cargas elevadas.
Fig. 11.1.1. Esquema del Aero-enfriador
Fig. 11.1.2 Rodamiento Inferior del Fan desarmado se aprecia las 2 corridas de polines con sus jaulas.
11.2 Falla de Rodamiento Inferior E-305-20F
Rodamiento Inferior Motor
Eléctrico
Espectro tomado en Marzo 2007, muestra niveles normales de vibraciones, solo se aprecia un Peak al 1x que son las rpm del Fan. Se debe considerar que aunque los valores son bajos ya hay una falla insipiente del rodamiento (seguir monitoreando).
Fig. 11.2.1 Espectro de Rodamiento sin falla
Fig. 11.2.2 Espectro de Rodamiento con falla
En Marzo 2008 los valores de vibraciones aumentaron debido al mayor daño del rodamiento inferior del Fin- Fan. Se producen bandas laterales alrededor de la frecuencia del rodamiento. También se observa una serie de picos muy cortos al ritmo de los polines pasando por zona dañada. 1x
• La zona entre 10 y 40 KCPM presenta levemente picos con una amplitudes promedio 0.2 mm/seg. • También presenta zona de pasto (ruido)
Fig. 11.2.3 Daño en pista de cubeta inferior y pista interior
Fig. 11.2.4 Frecuencia de falla del rodamiento La frecuencia de falla del rodamiento se presenta a los 15KCPM
Formas de Ondas Asincrónicas
Fig.11.2.5 La forma de onda asincrónica no se presenta limpia debido a que esta en el inicio de la falla. La forma de onda es periódica, típica de los rodamientos.
Fig.11.2.6 Los periodos son mas compactos, los impulsos por la falla de las pistas aumentan En esta etapa de la falla.
Fig.11.2.7 La tendencia de las vibraciones en valores absolutos va en aumento debido a la falla del elemento rodante.
11.3 Falla de rodamiento Inferior E-405-21F
La Fig. 11.3.2 muestra la pista externa del rodamiento con el daño producido por los polines, estas grietas producen impactos que son los primeros estados de la falla del rodamiento el que producirá frecuencias de vibración no sincrónicas que se llaman "tonos de rodamientos", y sus armónicos. La Fig. 11.3.3 indica la forma de onda asincrónica indicando los impactos por cada periodo de tiempo.
Fig. 11.3.2 Pista externa con el daño Fig. 11.3.3 Forma de onda asincrónica El rodamiento presenta una falla
en la pista exterior. Comparado con la falla anterior cabe destacar que los niveles de amplitud son alrededor de 0.5 a 0.6 mm/seg. Estos impactos son más bajos que la falla anterior, lo que indica que la falla de estos rodamientos dependen más de la frecuencia que de la amplitud para decidir el cambio. Fig. 11.3.1
Tono de rodamiento
11.4 Correa suelta y Pérdida de paso del Fin-Fan E-405-27F
En el primer caso tenemos la correa que esta suelta debido a una tensión incorrecta como se ve en el espectro, la frecuencia natural de la banda coincide o se aproxima a las RPM del motor 1x o de la máquina conducida e indica altas amplitudes de la frecuencia de resonancia ( entra en resonancia).
La frecuencia natural puede ser alterada cambiando la tensión de la correa o banda. Cuando hay desgaste por cumplimiento de la vida útil de la correa, o por desgaste excesivo de las poleas. Las frecuencias de bandas siempre están por debajo de la frecuencia del motor o máquina conducida y generarán vibración a la frecuencia fundamental de paso de correa y sus armónicos. Se puede corregir el problema siempre y cuando si la correa no presenta demasiado desgaste es tensionarla.
Fig. 11.4.2 Correa con desgaste Fig. 11.4.3 desgaste de Polea M. Eléctrico
En el segundo caso tenemos un severo desgaste de la correa Fig.11.4.2 Con lo que provoca la pérdida del paso de esta con las poleas causando altas vibraciones al 1x, también se pierde tensión de la correa produciendo resonancia, El excesivo desgaste de la polea del motor eléctrico Fig. 11.4.3 y desalineamiento son los factores causales de la falla. En este tipo de espectro normalmente se encuentran cuatro picos y generalmente predomina el de 2x frecuencia de banda con amplitudes inestables.
11.5 Falla Turbina a vapor por desbalance
Fig. 11.5.1 Turbina a Vapor
Fig. 11.5.2 Rotor de Turbina 106UJT ¾ Servicio: Se utiliza para mover un
ventilador que suministra aire a una caldera de vapor 106U.
¾ La turbina esta acoplada a una caja reductora y posteriormente a un Fan. ¾ La velocidad de operación en servicio
4570 RPM y Potencia 200 HP ¾ Historia: Al colocarse en servicio
presenta ruido y altas vibraciones, se
toma los datos vibraciones y temperaturas. Los espectros y análisis se indican en las siguientes láminas.
Valores de vibraciones debida al desbalance
Espectro tomado lado no conductor, en la posición vertical manifiesta un desbalance dinámico, la frecuencia de vibración predominante esta al 1x de las RPM de la pieza desbalanceada. La amplitud de la vibración es mayor en el sentido de medición radial, vertical,
con algunos armónicos 1X. Fig. 11.5.3 Espectro al 1x y sus múltiplos
El desbalance de este tipo de rotor (rotor saliente) presenta a menudo como resultado una gran amplitud de la vibración en sentido axial al 1x y al mismo tiempo en la dirección radial.
Fig. 11.5.3 Espectro Rotor Turbina al 1x típico de desbalance 1x RPM
Fig.11.5.3 Mecanismo de sobre velocidad Fig. 11.5.4 Rodamiento axial
Causa de la falla: Para balancear el rotor el mecanismo de sobre velocidad se instala en una posición fija (posición 1), Fig.11.5.3 Después de balanceado se desmosta (mecanismo de sobre velocidad) para poder instalar otras piezas, posteriormente se instala definitivamente en su posición final.
Cuando se volvió a colocar este dispositivo de sobre velocidad se instaló una laina entre la cara de este y el rodamiento Fig. 11.5.4 Quedando en la posición 2, cambiando el centro de la masa lo que provoca que el rotor quede desbalanceado provocando vibraciones a la
turbina.
• Fig.11.5.5 Espectro después de la reparación del rotor de la turbina a vapor. Posición 1 Posición 2 Mecanismo Sobre velocidad Shim Rodamiento
11.6 Problema de balance Motor Eléctrico PM-3002B
En la prueba del motor eléctrico (3000 RPM) en terreno presenta altas vibraciones en dirección radial 2.5 a 5 mm/seg. La frecuencia de vibración predominante se manifiesta a 1x de rpm, La amplitud de la vibración es mayor en el sentido de medición radial, tipo de desbalance dinámico, predominante en la dirección Vertical y con algunos armónicos al 1X.
Fig.10.6.1 Espectro Motor Eléctrico con falla
Origen de la falla: la causa se debió a que se balanceo sin media chaveta y según la norma IEC 34 – 14. En Talleres se volvió a girar nuevamente el motor, sin la media chaveta esta vez los valores de la vibración aumentan y quedan al límite de lo recomendado.
Se recomienda usar la norma ISO 1940 G2, 5 para compensar el rotor, ya que eventualmente estaría en el umbral de la inestabilidad, Lo que hace riesgoso dejarlo en las condiciones actuales.
Se determina que para un requerimiento G2, 5 existe desbalance en ambos planos. Se procede a corregir por medio de aporte de masa en las aletas 14 grs. y 10 grs. En el plano 1 y 2 respectivamente. Luego de la corrección, la verificación del residual arroja valores muy por dentro del requerimiento G2, 5 para este equipo.
Finalmente se realiza la prueba con y sin chaveta y en ambos casos se obtiene una mejora significativa del nivel de vibraciones, mencionando si, que siempre sin la media chaveta las magnitudes se incrementa.
PLANILLA DE MEDICIÓN DE VIBRACIONES Lectura Inicial
(norma IEC 34-14)
Lectura Final (Norma G2,5)
Punto Con Chaveta Sin Chaveta Con Chaveta Sin Chaveta medición Peak (medido) RMS Peak (medido) RMS (medido) Peak RMS (medido) Peak RMS
1 1.120 0.79 2.430 1.72 0.756 0.53 1.490 1.05 2 2.020 1.43 6.710 4.74 0.593 0.42 1.540 1.09 3 0.660 0.47 4.970 3.51 0.797 0.56 2.030 1.44 4 2.060 1.46 3.690 2.61 0.194 0.14 1.610 1.14 5 1.020 0.72 0.593 0.42 0.193 0.14 0.871 0.62 6 1.090 0.77 6.070 4.29 0.882 0.62 2.460 1.74 Tabla de severidad Clase de Rotación
Valor rms máximo de vibración Balanceo RPM 80 a 132 132 a 225 225 a 400 N 600 a 1800 1.8 1.8 2.8 ( norma ) 1800 a 3600 1.8 2.8 4.5 R 600 a 1800 0.71 1.12 1.8 ( Reducido ) 1801 a 3600 1.12 1.8 2.8 E 600 a 1800 0.45 0.71 1.12 ( Especial ) 1801 a 3600 0.71 0.12 1.8 Fig.10.6.2 Planilla de medición de vibraciones
CAPITULO XII
Conclusiones
CONCLUCIONES
11.1 La integración de tecnologías, la tendencia del monitoreo de condiciones de los equipos rotatorios ha unificado a los departamentos de Mantenimiento a utilizar un conjunto de tecnologías orientadas a los principales modos de falla, la utilización de sistemas expertos pueden diagnosticar, generar alarmar y en ocasiones corregir automáticamente el comportamiento de la maquinaria para hacer más eficiente esta estrategia de operación y el mantenimiento.
11.2 Se reconocen que esta estrategia no es capaz de localizar todas las fallas de la maquinaria ya que depende de la cantidad de técnicas y tecnologías aplicadas y frecuencia de monitoreo.
11.3 System1, con su nueva tecnología actualmente ofrece una amplia variedad de aplicaciones, para monitorear variables, crear tendencias y guardar datos para el análisis de maquinas rotatorias.
11.4 La configuración en System1 depende de las necesidades a monitorear en cada equipo. Los factores de éxito para obtener un resultado del monitoreo y posteriormente un adecuado análisis dependerá:
¾ De la selección adecuada de las tecnologías, las cuales deben estar dirigidas a las causas de falla y sus síntomas.
¾ Determinación adecuada de la frecuencia de monitoreo.
¾ Habilidades y destrezas para interpretar los resultados y las tendencias, Métodos y programas de almacenamiento y análisis de la información.
¾ Establecimiento de límites y alarmas adecuados, lo cual fomentara a realizar un proceso de monitoreo de alta calidad, aumentando el tiempo medio entre falla, reducir fallos prematuros a equipos de planta y el costo del mantenimiento; aumentando la productividad, la seguridad personal y medioambiental.
ANEXO
Terminología
ANEXOS.
Terminología
Diagnóstico
Proceso para determinar con alta probabilidad de certeza, la condición mecánica de los equipos rotatorios utilizando los datos del monitoreo y experiencias de todas las áreas de la Organización.
Monitoreo
Mediciones en los equipos en forma periódica de acuerdo a un programa preestablecido.
Monitoreo en línea
Tienen sensores disponibles para monitorear las variables mecánicas de los equipos críticos y están configurados en el programa dedicado DM-2000 y la administración de la información es automática.
Puntos
Lugar determinado en cada equipo para realizar sucesivos monitoreos en un mismo lugar.
Configuración
Especificación del punto a monitorear configurado el Programa, vale decir las unidades de medición, el tipo de sensor (vibración, temperatura, presión, etc.), la frecuencia de monitoreo, las escalas máximas, las descripciones, etc.
Rutas
Grupo de equipos con sus respectivos puntos, asociados de tal forma que permiten un monitoreo ordenado en terreno.
Colector
Micro-computador destinado a colectar y acondicionar las señales de los sensores instalados en los equipos ó sensores portátiles, que luego transfiere al software dedicado en forma de rutas.
Snapshot
Recolector portátil de toma instantánea. Banda Ancha
Un nivel de vibración general ,que abarca un largo rango de frecuencias se llama una medición de banda ancha, opuesto a una medición de angosta, donde la energía se mide en bandas angostas de frecuencia.
Espectro
Sinónimo de dominio de la frecuencia. El espectro es el resultado de transformar la señal del dominio del tiempo en el domino de la frecuencia. Es la descomposición de una señal de tiempo en una colección de ondas senoidales. .
Acelerómetro
Es un transductor, cuya salida eléctrica es directamente proporcional a la aceleración en un rango ancho de frecuencias. La respuesta de alta frecuencia de un acelerómetro está limitada por su resonancia interna mecánica inevitable. La mayoría de los acelerómetros tiene una respuesta hasta un o dos hertzios.
Forma de onda
Es la forma de una señal en el dominio de tiempo como se ve en la pantalla de un osciloscopio. Es una representación visual o gráfica del valor instantáneo de la señal, trazado contra el tiempo. La inspección de la forma de onda puede a veces proporcionar información acerca de la señal que el espectro de la señal no enseña.
Filtro de paso alto
Un filtro que deja pasar frecuencias arriba de una frecuencia específica, llamada la frecuencia límite. Los filtros de alto paso se usan en instrumentación para eliminar el ruido de baja frecuencia y para separar componentes alternantes de componentes CD en una señal.
Filtro de paso bajo
Un filtro de paso bajo es un filtro que pasa componentes de señales a frecuencias más bajas que una frecuencia específica, llamada la frecuencia límite.
Filtro de paso de Banda
Es un filtro que solamente deja pasar energía entre dos frecuencias que se llaman las frecuencias límites superior e inferior. Los filtros de paso de banda pueden ser fijos, con frecuencias límites constantes, y pueden ser variables, donde las frecuencias límites varían con el tiempo.
Onda
Una onda es un disturbio que se propaga a través de un medio, y que resulta en un movimiento oscilatorio local del medio. Las ondas transmiten energía en el medio y viajan a velocidades características que dependen del medio.
Transductor
Es un aparato que convierte un tipo de energía como vibración o sonido en