Introduccin

Introduccin

El propsito de este libro es de servir como texto de referencia para el ingeniero de mantenimiento y para el tcnico que estn trabajando con la ms reciente tecnologa de mantenimiento de maquinaria.

En trminos generales, los temas son los principios de la teora de vibraciones, y el anlisis de las mismas, aplicadas a la determinacin de las caractersticas de operacin de las mquinas y sus deficiencias. El primer captulo pone nfasis en la importancia del anlisis de vibraciones en el campo de mantenimiento predictvo, y el anlisis de las razones bsicas de las fallas. Los captulos acerca de la teora de las vibraciones y del anlisis de frecuencias ponen las bases para el captulo acerca del diagnstico de fallas en mquinas, basado sobre medicin y anlisis de vibraciones. Se us un mtodo de acercamiento sistemtico, para llevar al lector a travs de una serie de pasos lgicos, para determinar el estado de una mquina, basndose en un anlisis detallado de las firmas de vibraciones.

Puede ser que algunos trminos que usamos, no son conocidos de los lectores y por esta razn fu incluido en el ltimo captulo un glosario completo.

Las palabras que aparecen en negritas en el texto se encuentren en el glosario.

El autor recibir con gusto comentarios y sugerencias de sus lectores. Favor de mandar cualquier correspondencia a:Ron Bodre

DLI Engineering Corp.

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www.dliengineering.comExamen de Prcticas de Mantenimiento de las Mquinas

Presentamos aqu un examen de los programas y tcnicas de mantenimiento que se practican desde el principio de la dcada de los noventas en una gran variedad de industrias. La mayora de la informacin que presentamos fue recopilada de plantas industriales en tierra, pero tambin es aplicable al mantenimiento de sistemas mecnicos a bordo de barcos. Aunque el nfasis fue puesto en el mantenimiento predictivo, tambin se describen y se evalen otras disciplinas.

Las prcticas de mantenimiento de mquinas cambiaron mucho y han evolucionado los ltimos 15 aos y es necesario el estudiar ese desarrollo. Primero conoceremos los propsitos bsicos de cualquier sistema de mantenimiento:

Temas:

Metas de programas de MantenimientoPanorama HistricoDonde estamos el Da de Hoy?Metas de programas de Mantenimiento

La meta ms importante de cualquier programa de mantenimiento es la eliminacin de algn desarreglo de la maquinaria. Muchas veces una avera grave causar daos serios perifricos a la mquina, incrementando los costos de reparacin. Una eliminacin completa no es posible en la prctica en ese momento, pero se le puede acercar con una atencin sistemtica en el mantenimiento.

El segundo propsito del mantenimiento es de poder anticipar y planificar con precisin sus requerimientos. Eso quiere decir que se pueden reducir los inventarios de refacciones y que se puede eliminar la parte principal del trabajo en tiempo extra.

Las reparaciones a los sistemas mecnicos se pueden planificar de manera ideal durante los paros programados de la planta.

El tercer propsito es de incrementar la disponibilidad para la produccin de la planta, por medio de la reduccin importante de la posibilidad de algn paro durante el funcionamiento de la planta, y de mantener la capacidad operacional del sistema por medio de la reduccin del tiempo de inactividad de las mquinas crticas. Idealmente, las condiciones de operacin de todas las mquinas se deberan conocer y documentar.

El ltimo propsito del mantenimiento es de permitir al personal de mantenimiento el trabajar durante horas de trabajo predecibles y razonables.

Panorama Histrico

Con el propsito de obtener una cierta perspectiva acerca de los programas de mantenimiento modernos, examinaremos un poco ms de cerca la historia de las

Prcticas de mantenimiento.

El primero tipo de mantenimiento era de funcionamiento-hasta-fallar, en donde la mquina funcionaba hasta que una falla vena a interrumpir el servicio. Eso es obviamiento una poltica costosa. La mayor parte del costo est representada por la impredicibilidad del estado de la mquina.

Es sorprendente enterarse de que gran parte del mantenimiento del da de hoy es de este tipo.

Por fin, la gente de mantenimiento encontraron la idea del mantenimiento peridico preventivo, en donde las mquinas son desarmadas y reacondicionadas segn programas regulares. La teora es que si se reacondicionan las mquinas antes de que se termine su duracin de vida esperada, no presentarn fallas en servicio. El mantenimiento preventivo ya existi por mucho tiempo, pero se hizo mucho ms importante en los aos 1980 como veremos.

En los ltimos 10 aos, el mantenimiento predicitivo se hizo muy popular. Eso es el mantenimiento en que solamente se va a componer una mquina cuando se sabe que presenta una falla. No se interfiere con mquinas que funcionan bien, basndose en la teora: "Si algo no esta roto, no hay que repararlo"

La innovacin ms reciente en mantenimiento se llama mantenimiento proactivo, e incluye una tcnica llamada "Anlisis de Causas Fundamentales de Faltas" en que se busca la causa fundamental de una falta de la mquina y se la corrige.

Dentro de poco haremos una evaluacin de algunas filosofas de mantenimiento.

Donde estamos el Dia de Hoy?

En 1991 se hizo una medicin internacional del mantenimiento en la mayora de plantas industriales. Encontraron que las cuatro tcnicas de mantenimiento mencionados anteriormente estaban en uso en unos porcentajes que mencionamos a continuacin:

Ms de la mitad de horas de mantenimiento se usan en el modo reactivo, realizando reparaciones de emergencia, no programadas.

Menos del 10% de las horas se usan en mantenimiento preventivo.

Menos del 40% del mantenimiento es predictivo

Muy poco tiempo se usa en tcnicas pro activas.

Esos nmeros nos demuestran que como deca Thoms Edison, cuando invent el fongrafo, "a penas hemos rascado la superficie", llevando prcticas de mantenimiento en el siglo 20.

Tiene sentido que un programa moderno de mantenimiento de mquina incluya elementos de cualquiera de esas tcnicas, y con el fin de saber porque, las examinarmos ms en detalle.

Introduccin al Fenmeno Vibracin

Sub-temas:

Que es Vibracin?Anlisis de la Banda de Octavas y de un Tercio de OctavasEscalas Lineales y Logartmicas de AmplitudQue es Vibracin?

En su forma ms sencilla, una vibracin se puede considerar como la oscilacin o el movimiento repetitivo de un objeto alrededor de una posicin de equilibrio. La posicin de equilibrio es la a la que llegar cuando la fuerza que acta sobre l sea cero. Este tipo de vibracin se llama vibracin de cuerpo entero, lo que quiere decir que todas las partes del cuerpo se mueven juntas en la misma direccin en cualquier momento.

El movimiento vibratorio de un cuerpo entero se puede describir completamente como una combinacin de movimientos individuales de 6 tipos diferentes. Esos son traslaciones en las tres direcciones ortogonales x, y, y z, y rotaciones alrededor de los ejes x, y, y z. Cualquier movimiento complejo que el cuerpo pueda presentar se puede descomponer en una combinacin de esos seis movimientos. De un tal cuerpo se dice que posee seis grados de libertad. Por ejemplo un barco se puede mover desde adelante hacia atrs ( ondular )desde abajo hacia arriba ( ) y de babord hacia tribord ( ). Tambin puede rodar en el sentido de la longitud (rodar), girar alrededor del eje vertical, (colear) y girar alrededor del eje babor-tribor (arfar)

Supongamos que a un objeto se le impide el movimiento en cualquiera direccin excepto una. Por ejemplo un pndulo de un reloj solamente se puede mover en un plano. Por eso, se le dice que es un sistema con un grado nico de libertad. Otro ejemplo de un sistema con un grado nico de libertad es un elevador que se mueve hacia arriba y hacia abajo en el cubo del elevador.

La vibracin de un objeto es causada por una fuerza de excitacin. Esta fuerza se puede aplicar externamente al objeto o puede tener su origen a dentro del objeto. Mas adelante veremos que la proporcin (frecuencia) y la magnitud de la vibracin de un objeto dado, estn completamente determinados por la fuerza de excitacin, su direccin y frecuencia. Esa es la razn porque un anlisis

de vibracin puede determinar las fuerzas de excitacin actuando en una mquina. Esas fuerzas dependen del estado de la mquina, y el conocimiento de sus caractersticas e interacciones permite de diagnosticar un problema de la mquina.

Sub-tema:

Movimiento Armnico SencilloEcuaciones de movimientoDinmica de Sistemas MecnicosMedicin de Amplitud de VibracinEl Concepto de FaseUnidades de VibracinResmen de Unidades de AmplitudDesplazamiento, Velocidad y AceleracinVibracin ComplejaConsideraciones acerca de la Energa y la FuerzaEstructuras MecnicasFrecuencias NaturalesResonanciaSistemas Lineales y No LinealesDefinicin de linealidad.No linealidades en SistemasNo linealidades en Mquinas rotativasAnlisis de FrecuenciaPorque llevar a cabo un Anlisis de Frecuencia?Como hacer un Anlisis de FrecuenciaEjemplos de algunas Ondas y sus EspectrosEfectos de ModulacinPulsos Movimiento Armnico Sencillo

El movimiento ms sencillo que pueda existir es el movimiento en una direccin , de una masa controlada por un resorte nico. Este sistema mecnico se llama sistema resorte-masa, con un grado nico de libertad. Si se desplaza la masa, hasta una cierta distancia del punto de equilibrio, y despus se suelta, el resorte la regresar al equilibrio. Para entonces, la masa tendr algo de energa cintica y rebasar la posicin de descanso y desviar el resorte en la direccin opuesta. Perder velocidad hasta pararse en el otro extremo de su desplazamiento donde el resorte volver a empezar el regreso hacia su punto de equilibrio. El mismo proceso se volver a repetir con la energa transfiriendose entre la masa y el resorte, desde energa cintica en la masa hasta energa potencial en el resorte, y regresando. La ilustracin siguiente ensea una grfica de la masa contra el tiempo:

Si no hubiera friccin en el sistema, la oscilacin continuara en la misma proporcin y en la misma amplitud para siempre. Este movimiento armnico sencillo idealizado, casi nunca se encuentra en sistemas mecnicos reales. Cualquier sistema real tiene friccin y eso hace que la amplitud de la vibracin disminuya gradualmente ya que la energa se convierte en calor.

Las definiciones siguientes son aplicables al movimiento armnico sencillo:

T=el periodo de la onda

El periodo es el tiempo necesario para un ciclo, o para un viaje ida y vuelta, o de un cruce del nivel cero hasta el siguiente cruce del nivel cero en la misma direccin. El periodo se mide en segundos o milisegundos dependiendo de que tan rpido se cambie la onda.

F=la frecuencia de la onda = 1/T

La unidad de frecuencia es el Hz, llamada por el cientfico alemn, Heinrich Herz, que fue el primero a investigar las ondas radio.La frecuencia es el nmero de ciclos que ocurren en un segundo, y sencillamente es el recproco del perodo.

Ecuaciones de movimiento

Si se anota la posicin o el desplazamiento de un objeto que est sometido a un movimiento armnico sencillo contra el tiempo en una grfica, como lo mostramos arriba, la curva resultante ser una onda seno o senoidal que se describe en la siguiente ecuacin:

donde d = desplazamiento instantneo

D = desplazamiento mximo o pico

t = tiempo

Esta es la misma curva que la de una funcin senoidal trigonomtrica, y se puede considerar como la ms sencilla y bsica de todas las formas repetitivas de ondas. La funcin senoidal matemtica se deriva de las longitudes relativas de los lados de un tringulo rectangular y la onda senoidal es una anotacin del valor de la funcin senoidal contra el ngulo. En el caso de vibracin, la onda senoidal se anota como una funcin de tiempo pero a veces, se considera que un ciclo de la onda es igual a 360 grados de ngulo. Se comentar ms a cerca de este sujeto cuando trataremos el tema fase. La velocidad del movimiento que describimos arriba es igual a la proporcin del cambio del desplazamiento, o en otras palabras a que tan rpido se cambia su posicin. La razn de cambio de una cantidad respecto a otra se puede describir con la derivada siguiente:

donde v = velocidad instantnea

aqu se puede ver que la forma de la funcin de velocidad tambin es senoidal, pero ya que est descrita por el cseno, est desplazado de 90 grados. En un momento veremos lo que eso significa.

La aceleracin del movimiento que aqu se describe est definida como la proporcin de cambio de la velocidad, o que tan rpido la velocidad est cambiando en cualquier momento.

donde a= aceleracin instantnea.

Tambin aqu hay que notar que la funcin de aceleracin fu desplazada por 90 grados adicionales como lo indica el signo negativo.

Si examinamos estas ecuaciones, se ve que la velocidad es proporcional al desplazamiento por la frecuencia, y que la aceleracin es proporcional al cuadrado de la frecuencia por el desplazamiento. Eso quiere decir que con un gran desplazamiento y a una alta frecuencia, resultan velocidades muy altas, y se requeriran niveles de aceleracin extremadamente altos. Por ejemplo, supongamos que un objeto vibrando est sometido a un desplazamiento de 0. 1 pulgada a 100 Hz. La velocidad es igual a desplazamiento por frecuencia , o:

v = 0. 1 x 100 = 10 pulgadas por segundo.

La aceleracin es igual a desplazamiento por el cuadrado de la frecuencia, o:

a = 0. 1 x (100) = 1000 pulgadas por segundo.

Un G de aceleracin es igual a 386 pulgadas por segundo, por eso la aceleracin es:

Vemos ahora lo que pasa cuando subimos la frecuencia a 1000 Hz:

v = 0. 1 x 1000 = 100 pulgadas por segundo

a = 0. 1 x ( 1000) = 100. 000 pulgadas por seg o 259 G

As vemos que en la prctica las altas frecuencias no se pueden asociar con altos niveles de desplazamiento.

Dinmica de Sistemas Mecnicos

Una estructura fsica pequea y compacta como el mrmol se puede imaginar como solamente una masa. Se mover en respuesta a una fuerza externa que se aplica a ella, y su movimiento ser gobernado por las leyes de movimiento de Newton. En trminos sencillos, las leyes de Newton dicen que si el mrmol est en reposo, se quedar en reposo, a menos que una fuerza externa actu sobre el.

Si est sometido a una fuerza externa, su aceleracin ser proporcional a esa fuerza.

La mayora de los sistemas mecnicos son ms complejos que una masa sencilla , ya que necesariamente se mueven como un entero, cuando son sometidos a una fuerza. Sistemas mecnicos como mquinas rotativas no tienen una rigidez infinita y tienen varios grados de flexibilidad a varias frecuencias. Como lo veremos, su movimiento en respuesta a una fuerza externa depende de la naturaleza de esta fuerza, y las caractersticas dinmicas de su estructura mecnica y muchas veces es muy difcil predecirlas. Las disciplinas de Modelacin Finita de Elementos y Anlisis Modal, se dedican a predecir como una estructura reaccionar a una fuerza conocida. No trataremos ms en detalle esas materias ya que son muy complejas, pero es instructivo estudiar la manera como interactan fuerzas y estructuras si es que queremos entender el aspecto til del anlisis de vibraciones en maquinaria.

Medicin de Amplitud de Vibracin

Las definiciones siguientes son de aplicacin a la medicin de la amplitud de las vibraciones mecnicas.

Amplitud Pico (Pk) es la distancia mxima de la onda del punto cero o del punto de equilibrio.

Amplitud Pico a Pico (Pk-Pk) es la distancia de una cresta negativa hasta una cresta positiva. En el caso de una onda senoidal, el valor pico a pico es exactamente dos veces el valor pico, ya que la forma de la onda es simtrica. Pero eso no es necesariamente el caso con todas las formas de ondas de vibracin, como lo veremos dentro de poco.

Amplitud Raz del Promedio de los Cuadrados (RPC)Es la raz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores de la onda. En el caso de una onda senoidal el valor RPC es igual a 0. 707 del valor pico, pero esto es solo vlido en el caso de una onda senoidal. El valor RPC es proporcional al rea abajo de la curva. Si se rectifica a a los picos negativos, eso quiere decir si se les hace positivos, y el rea abajo de la curva resultante est promediado hasta

un nivel medio este nivel es proporcional al valor RPC.

Promedio de Amplitud Es sencillamente el promedio aritmtico del nivel de la seal sobre tiempo. No se usa en la medicin de vibracin y de aqu en adelante ya no ser considerada. El valor RPC de una seal de vibracin es una medida importante de su amplitud . Como lo mencionamos con anterioridad, es numricamente igual a la raz cuadrada del promedio de los cuadrados de los valores de amplitud. Para calcular este valor, los valores instantneos de amplitud de la onda se deben elevar al cuadrado y esos cuadrados se deben promediar durante un cierto tiempo. Este tiempo debe ser por lo menos un perodo de la onda para llegar al valor RPC.

El valor RPC debe usarse en todos los clculos acerca de fuerza o energa en forma de onda. Un ejemplo de eso es la lnea de corriente 117 Voltios CA. Los 117 Voltios es el valor RPC del voltaje y se usa en los clculos de la energa batimtrica (fuerza), que jala las mquinas conectadas. Hay que recordar que el valor RPC de una onda senoidal es 0. 707 veces el valor pico y que esa es la nica forma de onda donde este es vlido. Veremos dentro de poco porque esto es importante.

El Concepto de Fase

Fase es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas senoidales. Aunque la fase es una diferencia verdadera de tiempo, siempre se mide en trminos de ngulo, en grados o radianes. Eso es una normalizacin del tiempo que requiere un ciclo de la onda sin considerar su verdadero periodo de tiempo.

La diferencia en fase entre dos formas de onda se llama a veces el desplazamiento de fase. Un desplazamiento de fase de 360 grados es un retraso de un ciclo o de un periodo de la onda, lo que realmente no es ningn desplazamiento. Un desplazamiento de 90 grados es un desplazamiento de 1/4 del periodo de la onda etc. El desplazamiento de fase puede ser considerado positivo o negativo; eso quiere decir que una forma de onda puede ser retrasada relativa a otra o una forma de onda puede ser avanzada relativa a otra. Esos fenmenos se llaman atraso de fase y avance de fase respectivamente.

En este ejemplo, la curva inferior est desplazada de 90 grados con respecto a la curva superior. Eso es un atraso de tiempo de 1/4 del perodo de la onda. Tambin se podra decir que la curva superior tiene un avance de 90 grados.

La fase tambin se puede medir con referencia a un tiempo particular. Un ejemplo de esto es la fase de un componente desbalanceado en un rotor, con referencia a un punto fijo en el rotor, como una conexin. Para medir la fase, un impulso disparador debe ser generado desde un cierto punto de referencia, en la flecha. Este disparador puede ser generado por un tacmetro o por una clase de sonda ptica o magntica, que sentir una discontinuidad en el rotor y a veces est llamada un impulso "taco".

El ngulo de fase se puede medir desde la posicin de referencia o bien en la direccin de la rotacin, o bien en la direccin opuesta a la rotacin, eso es atraso de fase o avance de fase. , y varios fabricantes de mquinas usan diferentes convenciones. En el programa DLI Balance Alert, se puede seleccionar ambas direcciones, segn la preferencia del operador.

Unidades de Vibracin

Hasta ahora, solamente hemos considerado el desplazamiento de un objeto vibrando como una medida de la amplitud de su vibracin. El desplazamiento es sencillamente la distancia desde una posicin de referencia. , o punto de equilibrio. Aparte de un desplazamiento variable, un objeto vibrando tendr una velocidad variable y una aceleracin variable. La velocidad se define como la proporcin de cambio en el desplazamiento y en el sistema ingls, se mide por lo general en pulgadas por segundo (PPS). Aceleracin se define como la proporcin de cambio en la velocidad y en el sistema ingls se mide en unidades G , o sea la aceleracin promedia debida a la gravedad en la superficie de la tierra.

El desplazamiento de un cuerpo , que est sujeto a un movimiento sencillo armnico es una onda senoidal, como hemos visto. Tambin resulta (y se puede comprobar fcilmente matemticamente) que la velocidad del movimiento es senoidal. Cuando el desplazamiento est a su mximo, la velocidad estar cero, porque esa es la posicin en la que la direccin del movimiento se da la vuelta. Cuando el desplazamiento est cero(el punto de equilibrio), la velocidad estar en su mximo. Esto quiere decir que la fase de la onda de velocidad se desplazar hacia la izquierda a 90 grados, comparada a la forma de onda del desplazamiento. En otras palabras, se dice que la velocidad tiene un avance sobre el desplazamiento de un ngulo de 90 grados fase.

Si nos recordamos que la aceleracin es la proporcin del cambio de velocidad, se puede demostrar que la forma de onda de aceleracin de un objeto sujeto a un movimiento sencillo armnico, tambin es senoidal y tambin que cuando la velocidad est en su mximo, la aceleracin es cero. En otras palabras, la velocidad no se est cambiando en este momento. Cuando la velocidad es cero, la aceleracin est en su mximo--en este momento la velocidad est cambiando lo ms rpido. La curva senoidal de la aceleracin contra tiempo se puede ver de esta manera como desplazada en fase hacia la izquierda de la curva de velocidad y por eso la aceleracin tiene un avance de 90 grados sobre la velocidad.

Las relaciones se ensean a continuacin:

Ntense que la aceleracin es 180 grados fuera de fase en relacin al desplazamiento. Esto quiere decir que la aceleracin de un objeto vibrando siempre estar en la direccin opuesta al desplazamiento.

Es posible definir otro parmetro , que es la proporcin de cambio de la aceleracin, y se llama jaln. Jaln es lo que se siente, cuando se para su carro, si se mantiene una presin constante en el pedal del freno. Realmente es la terminacin brusca de la aceleracin. Los constructores de elevadores les interesa la medicin del jaln, ya que los pasajeros de elevadores son especialmente sensibles a las variaciones de aceleracin.

Resmen de Unidades de Amplitud

En el sistema ingls de medicin, el desplazamiento se mide generalmente en mils (milsimos de pulgada), y el valor pico a pico se usa por convencin.

La velocidad generalmente se mide en pulgadas por segundo y la convencin es de usar el valor pico o el valor RPC. Lo mas comn es de usar el valor pico, no porque sea mejor, pero debida a una larga tradicin.

La aceleracin se mide generalmente en Gs. 1 G es la aceleracin debida a la gravedad en la superficie de la tierra. El G en realidad no es una unidad de aceleracin--es sencillamente una cantidad de aceleracin a que estamos sometidos como habitantes de la tierra.

A veces la aceleracin se mide en pulgadas por segundo por segundo (pulgadas/seg) o m/seg , que son unidades verdaderas. Un G es igual a 386 pulgadas / seg o 9. 81 m/seg.

El procedimiento de convertir una seal de desplazamiento hacia velocidad o de velocidad hacia aceleracin es equivalente a la operacin matemtica de diferenciacin

Del modo contrario, la conversin de aceleracin a velocidad o de velocidad a desplazamiento es la integracin matemtica. Es posible llevar a cabo estas operaciones con instrumentos que miden la vibracin y de esta manera convertir los datos de cualquier sistema de unidades a cualquier otro. Desde un punto de vista prctico la diferenciacin es un procedimiento ruidoso en si, y muy raras veces se lleva a cabo. La integracin, por otra parte se lleva a cabo con mucha precisin, con un circuito elctrico muy barato. Esa es una de las razones de que el acelermetro de hecho es el transductor Standard para medicin de vibraciones, ya que su seal de salida se puede integrar fcilmente una o dos veces para mostrar velocidad o desplazamiento.

La integracin no es adecuada para seales con una frecuencia muy baja (Abajo de 1 Hz), ya que en esta rea el nivel de ruido se va incrementando y la precisin del procedimiento de integracin padece.

La mayora de los integradores disponibles comercialmente funcionan correctamente arriba de un Hz, lo que es lo suficiente bajo para casi todas las aplicaciones de vibraciones.

Desplazamiento, Velocidad y Aceleracin

Una seal de vibracin grabada como desplazamiento contra frecuencia se puede convertir en una grfica de velocidad contra frecuencia por el procedimiento de diferenciacin como lo definimos con anterioridad.

Eso quiere decir que una grfica de la velocidad devibracin tendr un perfil escarpado hacia arribasegn se incrementa la frecuencia, en comparacincon la misma seal grabado como desplazamiento.La diferenciacin involucra una multiplicacin por la frecuencia, y eso quiere decir que la velocidad de la vibracin a cualquier frecuencia es proporcional al desplazamiento multiplicado por la frecuencia.

Para un desplazamiento dado, si se duplica la frecuencia, tambin se duplicar la velocidad, y si se incrementa la frecuencia diez veces, la velocidad tambin se incrementar con un factor de diez.

Para obtener aceleracin desde velocidad, se requiere otra diferenciacin, y eso resulta en otra multiplicacin por la frecuencia. El resultado es que por un desplazamiento dado, la aceleracin es proporcional al cuadrado de la frecuencia. Eso quiere decir que la curva de aceleracin est dos veces ms empinada que la curva de velocidad.

Para ilustrar esas relaciones, consideramos que tan fcil es mover la mano sobre una distancia de un pie (33 cm.) a un ciclo por segundo o 1 Hz. Probablemente seria posible lograr un desplazamiento similar de la mano a 5 o a 6 Hz. Pero consideramos que tan rpido su mano se debera mover para lograr el mismo desplazamiento de un pie a 100Hz o 1000 Hz!

. La segunda ley de movimiento de Newton dice que la fuerza es igual a la masa por la aceleracinAhora vemos la enorme fuerza necesaria para mover su mano un pie a esas altas frecuencias. Segn Newton, fuerza es igual a masa por aceleracin, y por eso la fuerza se incrementa segn el cuadrado de la frecuencia. aqu est la razn del porque nunca se ven niveles de aceleracin altos combinados con valores de desplazamientos altos. Las fuerzas enormes que seran necesarias sencillamente no se encuentran en la prctica.

Se puede ver que esas consideraciones con los mismos datos de vibracin representados como grficas de desplazamiento, velocidad y aceleracin tendrn apariencias diferentes. La curva de desplazamiento pondr el acento en las frecuencias mas bajas, y la curva de aceleracin pondr el acento en las frecuencias ms altas, a costo de las ms bajas.

Los niveles relativos de desplazamiento, velocidad y aceleracin contra frecuencia en unidades estndares inglesas se observan en las ecuaciones siguientes:

Estas tres curvas que se muestran arriba, proporcionan la misma informacin, pero el acento se ha cambiado. Noten que la curva de desplazamiento es ms difcil de leer en las frecuencias ms altas. La curva de velocidad es la ms uniforme en nivel sobre frecuencia. Eso es tpico para la mayora de la maquinaria rotativa pero en algunos casos, las curvas de desplazamiento y aceleracin sern las ms uniformes. Es una buena idea seleccionar las unidades de tal manera que se obtenga la curva la ms plana. Eso proporciona la mayor cantidad de informacin visual al observador. El parmetro de vibracin que se usa ms comnmente en trabajos de diagnstico de maquinaria es la velocidad.

Consideraciones acerca de la Energa y la Fuerza

Para producir vibracin, se requiere energa, y en el caso de vibracin de mquina, esa energa viene de la fuente de poder hacia la mquina. La fuente de energa puede ser la lnea de corriente CA, un motor a combustin interna, vapor accionando una turbina etc.

Energa se define como fuerza multiplicada por la distancia sobre la que la fuerza acta, y la unidad internacional de energa es el Julio. Un Julio de energa es el equivalente de un Newton de fuerza actuando sobre una distancia de un metro. El concepto fsico de trabajo es similar a el de energa, y las unidades que se usan para medir el trabajo son las mismas que se usan para medir la energa.

La cantidad de energa presente en la vibracin de la mquina misma por lo general no es tan grande comparada a la energa requerida para activar la mquina para su tarea asignada.

Fuerza se defina como la proporcin con que se hace el trabajo, o la proporcin de transferencia de energa. Segn las normas internacionales se mide en Julios por segundo o Vatios. Un caballo vapor es equivalente a 746 Vatios. La fuerza es proporcional al cuadrado de la amplitud de la vibracin. , igual como la fuerza elctrica es proporcional al cuadrado del voltaje o al cuadrado de la corriente.

Segn la ley de la conservacin de energa no se puede crear ni destruir energa, pero se puede cambiar en formas diferentes. La energa vibratoria en un sistema mecnico se disipar al final en forma de calor.

Estructuras Mecnicas

Cuando analizamos la vibracin de una mquina, que es un sistema mecnico ms o menos complejo es til considerar las fuentes de la energa de vibracin y las rutas en la mquina que sigue esta energa. Energa siempre se mueve o fluye de la fuente de la vibracin hacia el punto de absorcin, donde se transforma en calor. En algunos casos eso puede ser una ruta muy corta, pero en otras situaciones es posible que la energa viaje largas distancias antes de ser absorbida.

La ms grande absorbadora de energa es la friccin, que puede ser friccin deslizadora o friccin viscosa. La friccin deslizadora tiene su origen en el movimiento relativo de las partes de la mquina, y un ejemplo de friccin viscosa es la pelcula de aceite en un rodamiento con gorrn. Si una mquina tiene poca friccin, su nivel de vibracin tiende a ser muy alto, ya que la energa de vibracin se va incrementando debido a la falta de absorcin. Por otra parte, una mquina con una friccin ms importante tendr niveles de vibracin ms bajos, ya que su energa se absorbe ms rpidamente. Por ejemplo, una mquina con rodamientos a elementos rodantes (muchas veces se le llama rodamientos anti-friccin) vibra ms que una mquina con chumaceras, donde la pelcula de aceite absorba una cantidad importante de energa. La razn porque las estructuras de aviones son remachadas en lugar de soldadas en una unidad slida, es que las juntas remachadas se mueven ligeramente y absorben la energa por medio de la friccin deslizadora. Eso impide que las vibraciones se incrementen hasta niveles destructivos. De una estructura de este tipo se dice que est altamente amortiguada y la amortiguacin es en realidad una medida de su capacidad de absorcin de energa.

Frecuencias Naturales

De cualquier estructura fsica se puede hacer un modelo en forma de un nmero de resortes , masas y amortiguadores. Los amortiguadores absorben la energa pero los resortes y las masas no lo hacen. Como lo vimos en la seccin anterior, un resorte y una masa interactan uno con otro, de manera que forman un sistema que hace resonancia a su frecuencia natural caracterstica. Si se le aplica energa a un sistema resorte-masa, el sistema vibrar a su frecuencia natural, y el nivel de las vibraciones depender de la fuerza de la fuente de energa y de la absorcin inherente al sistema. . La frecuencia natural de un sistema resorte-masa no amortiguado se d en la siguiente ecuacin:

donde Fn = la frecuencia natural

k = la constante del resorte , o rigidez

m = la masa

De eso se puede ver que si la rigidez aumenta, la frecuencia natural tambin aumentar, y si la masa aumenta, la frecuencia natural disminuye. Si el sistema tiene absorcin, lo que tienen todos los sistemas fsicos, su frecuencia natural es un poco ms baja y depende de la cantidad de absorcin.

Un gran nmero de sistemas resorte-masa-amortiguacin que forman un sistema mecnico se llaman "grados de libertad", y la energa de vibracin que se pone en la mquina, se distribuir entre los grados de libertad en cantidades que dependern de sus frecuencias naturales y de la amortiguacin, as como de la frecuencia de la fuente de energa.

Por esta razn, la vibracin no se va a distribuir de manera uniforme en la mquina. Por ejemplo, en una mquina activada por un motor elctrico una fuente mayor de energa de vibracin es el desbalanceo residual del rotor del motor. Esto resultar en una vibracin medible en los rodamientos del motor. Pero si la mquina tiene un grado de libertad con una frecuencia natural cerca de las RPM del rotor, su nivel de vibraciones puede ser muy alto, aunque puede estar ubicado a una gran distancia del motor. Es importante tener este hecho en mente, cuando se hace la evaluacin de la vibracin de una mquina. --la ubicacin del nivel de vibracin mximo no puede estar cerca de la fuente de energa de vibracin. La energa de vibracin frecuentemente se mueve por largas distancias por tuberas, y puede ser destructiva, cuando encuentra una estructura remota con una frecuencia natural cerca de la de su fuente.

Resonancia

Ejemplos de sistemas mecnicos con alta resonancia son campanas y diapasones. La resonancia es un estado de operacin en el que una frecuencia de excitacin se encuentra cerca de una frecuencia natural de la estructura de la mquina. Una frecuencia natural es una frecuencia a la que una estructura vibrar si uno la desva y despus la suelta. Una estructura tpica tendr muchas frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de vibracin que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daos muy rpidamente.

Bajo ninguna circunstancia se debe opera una mquina a la frecuencia de resonancia !En una mquina que produce un espectro ancho de energa de vibracin, la resonancia se podr ver en el espectro, como un pico constante aunque vari la velocidad de la mquina. El pico puede ser agdo o puede ser ancho, dependiendo de la cantidad de amortiguacin que tenga la estructura en la frecuencia en cuestin.

Para determinar si una maquina tiene resonancias prominentes se puede llevar a cabo una o varias pruebas con el fin de encontrarlas:

La prueba del Impacto. Se pega a la mquina con una masa pesada, como una viga de madera, de cuatro por cuatro, o el pie -con bota- de un jugador de ftbol, mientras que se graban los datos. Si hay una resonancia, la vibracin de la mquina ocurrir a la frecuencia natural, mientras que ella se est extinguiendo.

El arranque y rodamiento libre. Se prende y se apaga la mquina, mientras que se graban datos de vibracin y de tacmetro. La forma de onda de tiempo indicar un mximo, cundo las RPM igualan las frecuencias naturales.

La prueba de la velocidad variable:en una mquina cuya velocidad se puede variar en un rango ancho, se vara la velocidad, mientras que se estn grabando datos de vibracin y de tacmetro. La interpretacin de los datos se hace como en la prueba anterior.

La grfica abajo muestra una curva de respuesta idealizada de resonancia mecnica. El comportamiento de un sistema resonante, cuando se le somete a una fuerza externa, es interesante y va un poco en contra la intuicin. Depende mucho de la frecuencia de la fuerza de excitacin. Si la frecuencia forzada es ms baja que la frecuencia natural, -en otras palabras a la izquierda del pico, entonces el sistema se comporta como un resorte y el desplazamiento est proporcional a la fuerza. El resorte de la combinacin resorte-masa hace el sistema resonante y est dominante al determinar la respuesta del sistema. En esta rea, controlada por el resorte, el sistema se comporta de acuerdo con nuestra intuicin, reaccionando con un movimiento ms amplio cuando se le aplica una fuerza ms grande, y el movimiento est en fase con la fuerza.

En el rea arriba de la frecuencia natural, la situacin es diferente. aqu la masa es el elemento que controla. El sistema parece una masa a la que se le aplica una fuerza. Eso quiere decir que la aceleracin es proporcional a la fuerza aplicada y el desplazamiento es relativamente constante con la frecuencia que cambia. El desplazamiento est fuera de fase en esta rea con la fuerza.

Cuando se empuja al sistema, este se mueve hacia el que est empujando y vice versa.

A la resonancia misma, el sistema se comporta totalmente diferente en presencia de una fuerza aplicada. aqu, los elementos resorte y masa se cancelan el uno al otro, y la fuerza solamente ve la amortiguacin o la friccin en el sistema. Si el sistema est ligeramente amortiguado es como si se empuja al aire. Cuando se le empuja, se aleja de su propia voluntad. En consecuencia, no se puede aplicar mucha fuerza al sistema en la frecuencia de resonancia, y si uno sigue intentndolo, la amplitud de la vibracin se va a incrementar hasta valores muy altos. Es la amortiguacin que controla el movimiento de un sistema resonante a su frecuencia natural.

Ejemplos de resonancias en mquinas son las llamadas frecuencias crticas de flechas rotativas,

El ngulo de fase entre la vibracin de la fuente de excitacin y la respuesta de la estructura siempre es de 90 grados a la frecuencia natural.

En el caso de rotores largos, como en turbinas, las frecuencias naturales se llaman "frecuencias crticas" o "velocidades crticas" y se debe cuidar que estas mquinas no operen a velocidades donde 1x o 2x corresponde a esas frecuencias crticas.

Sistemas Lineales y No Lineales

Para ayudar a entender la transmisin de vibracin a travs de una mquina es conveniente investigar el concepto de linealidad y lo que significa sistemas lineales y no lineales. Dentro de poco, estudiaremos escalas de amplitud y de frecuencia lineales y logartmicos, pero el trmino "lineal" tambin se refiere a las caractersticas de un sistema que puede tener seales de entrada y de salida. Un sistema es cualquier aparato o estructura que puede aceptar una seal de entrada o estimulo en alguna forma y producir una seal de salida o respuesta. Ejemplos de sistemas son grabadoras y amplificadoras, que funcionan con seales elctricas y estructuras mecnicas en las que las seales de entrada son fuerzas de vibracin y las seales de salida son desplazamientos, velocidades y aceleraciones de vibraciones.

Sistemas Lineales y No Lineales

Para ayudar a entender la transmisin de vibracin a travs de una mquina es conveniente investigar el concepto de linealidad y lo que significa sistemas lineales y no lineales. Dentro de poco, estudiaremos escalas de amplitud y de frecuencia lineales y logartmicos, pero el trmino "lineal" tambin se refiere a las caractersticas de un sistema que puede tener seales de entrada y de salida. Un sistema es cualquier aparato o estructura que puede aceptar una seal de entrada o estimulo en alguna forma y producir una seal de salida o respuesta. Ejemplos de sistemas son grabadoras y amplificadoras, que funcionan con seales elctricas y estructuras mecnicas en las que las seales de entrada son fuerzas de vibracin y las seales de salida son desplazamientos, velocidades y aceleraciones de vibraciones.

No linealidades en Sistemas

La linealidad con absoluta perfeccin no existe en ningn sistema real. Hay muchos tipos diferentes de no linealidad y existen en varios grados en todos los sistemas mecnicos, aunque muchos sistemas actuales se acercan a un comportamiento lineal, especialmente con niveles de entrada pequeos. Si un sistema no es lineal, producir frecuencias en su salida, que no existen en su entrada. Un ejemplo es un amplificador estereo o una grabadora que produce armnicos de su seal de entrada.

Esto se llama distorsin armnica y disminuye la calidad de la msica reproducida. La distorsin armnica casi siempre es peor con seales de niveles altos. Un ejemplo es una radio pequea que suena relativamente "limpia"a nivel de volumen bajo, pero chilla de manera distorsionada a niveles de volumen altos.

Muchos sistemas son casi lineales en respuesta a entradas pequeas, pero se vuelven no lineales a niveles de excitacin superiores. A veces existe un umbral definido. Las seales de entrada, ligeramente superiores a este umbral resultan no lineales en una gran proporcin. Un ejemplo de este es el corte de un amplificador cuando el nivel de su seal de entrada excede el voltaje o la capacidad de oscilacin de su suministro de energa. Este es anlogo a un sistema mecnico donde una parte se puede mover libremente hasta que pega con un tope, como un carter de rodamiento flojo, que se puede mover un poco antes de que le paran los pernos de montaje.

No linealidades en Mquinas rotativas

Como lo vimos, la vibracin de una mquina es su respuesta a fuerzas causadas por sus partes movindose en la mquina. Medimos la vibracin en varios lugares en la mquina y de estas mediciones deducimos la magnitud de las fuerzas. Midiendo la frecuencia de la vibracin suponemos que las fuerzas se presentan a la misma frecuencia que la respuesta, y que los niveles medidos son proporcionales a la magnitud de las fuerzas. Este razonamiento supone que la mquina es lineal. en su respuesta a las funciones forzadas, y para la mayora de las mquinas eso es una suposicin razonable.

Pero a medida que se desgasta una mquina, y que aumentan los juegos , o si se forman grietas o holgura, la respuesta ya no seguir siendo lineal. El resultado es que la vibracin medida puede ser muy diferente que las funciones forzadas. Por ejemplo un rotor desbalanceado comunica una fuerza senoidal en la frecuencia 1x al rodamiento, y esta fuerza no contiene ninguna otra frecuencia. Si la estructura mecnica de la mquina est no lineal esta fuerza senoidal ser distorsionada y la vibracin resultante ocurrir en los armnicos de 1x y tambin en 1x. El rango y la magnitud del contenido armnico de la vibracin es una medida del grado de no linealidad de la mquina.

Por ejemplo la vibracin de un rodamiento con gorrn contendr cantidades y magnitudes de armnicos ms y ms grandes, a medida de que el juego en el rodamiento va aumentando.

Acoplamientos flexibles son no lineales, cuando son desalineados y esto es la razn que su firma de vibracin contiene un fuerte segundo armnico de 1x. Muchas veces, acoplamientos desgastados y desalineados producen un fuerte tercer armnico de 1x. Cuando las fuerzas que actan en frecuencias diferentes interactan de una manera no lineal, en una mquina, el resultado es la generacin de frecuencias de suma y de diferencias-nuevas frecuencias que no estn presentes en las frecuencias forzadas. Esas frecuencias de suma y de diferencia son las bandas laterales que se encuentran en los espectros de cajas de engranes defectuosas, rodamientos con elementos rodantes, etc. En el caso de una caja de engranes una frecuencia forzada es el engranaje y la otra son las rpm del engrane. Si el engrane est excntrico, o deformado de otra manera, las rpm causarn una modulacin del engranaje y el resultado sern las bandas laterales. La modulacin siempre es un proceso no lineal que crea nuevas frecuencias que no existen en la funciones forzadas.

Anlisis de Frecuencia

Para circunvalar las limitaciones del anlisis de la forma de onda, la prctica ms comn es de llevar a cabo un anlisis de frecuencias, tambin llamado anlisis de espectro de la seal de vibracin. La grfica en el dominio del tiempo se llama la forma de onda, y la grfica en el dominio de la frecuencia se llama el espectro. . El anlisis del espectro es equivalente al transformar la informacin de la seal del dominio de tiempo en el dominio de la frecuencia.

Las relaciones siguientes son vlidas entre tiempo y frecuencia:

Un horario de ferrocarril nos ensea la equivalencia de la informacin en los dominios de tiempo y de frecuencia.

La representacin de la frecuencia en este caso es ms breve que la representacin del tiempo. Eso es una reduccin de datos.

Noten que la informacin es la misma en ambos dominios, pero que en el dominio de frecuencia est mucho mas compacto. Un horario muy largo ha sido compactado en dos renglones en el dominio de frecuencia. Es una regla general de la caracterstica de la transformacin que los eventos que ocurren en un tiempo largo sean comprimidos a sus lugares especficos en el dominio de frecuencia.

Porque llevar a cabo un Anlisis de Frecuencia?

En el dibujo de abajo observen que los diferentes componentes son separados y distintos en el espectro y que sus niveles pueden ser fcilmente identificados. Seria difcil de extraer esta informacin de la forma de onda en el dominio de tiempo.

Dominio de Tiempo vs. Dominio de Frecuencia

Se ha argumentado que la razn para el uso generalizado del anlisis de frecuencia es la gran disponibilidad del analizador TRF barato!En el dibujo siguiente, vemos que algunos eventos que se traslapan y que son confusos en el dominio de tiempo estn separados en sus componentes individuales en el dominio de la frecuencia. La forma de la onda de vibracin contiene una gran cantidad de informacin que no es aparente. Parte de la informacin est en las componentes de nivel muy bajo, la magnitud de los que puede ser menos ancho que la lnea de la grfica, de la forma de onda. Pero estos componentes de bajo nivel pueden ser importantes, si son una indicacin de un problema que est creciendo, como una falta en un rodamiento. La esencia del mantenimiento predictivo es la deteccin temprana de faltas incipientes. Por eso hay que ser sensible a valores muy pequeos de seales de vibracin como lo veremos dentro de poco.

Por otra parte, hay circunstancias, donde la forma de onda nos proporciona ms informacin que el espectro.

Como hacer un Anlisis de Frecuencia

Antes de investigar el procedimiento de la realizacin de anlisis de espectro vamos a estudiar los diferentes tipos de seales con que vamos a trabajar.

Desde un punto de vista terico y prctico es posible dividir todas las seales del dominio del tiempo en varios grupos. Estas seales diferentes producen diferentes tipos de espectros, y para evitar errores cuando llevamos a cabo el anlisis de frecuencias, es conveniente conocer sus caractersticas.

En el dibujo siguiente un componente de muy bajo nivel representa una falla incipiente en un rodamiento, y no se hubiera notado en el dominio de tiempo o en el nivel general de vibracin. Recuerden que el nivel general es sencillamente el nivel RPC de la forma de la onda en un rango largo de frecuencias y que un pequeo disturbio como un tono de rodamiento , como lo enseamos aqu, podra duplicar o cuadruplicar en nivel antes de afectar al RPC general.

Por otra parte, hay circunstancias, donde la forma de onda nos proporciona ms informacin que el espectro.

Antes de investigar el procedimiento de la realizacin de anlisis de espectro vamos a estudiar los diferentes tipos de seales con que vamos a trabajar.

Desde un punto de vista terico y prctico es posible dividir todas las seales del dominio del tiempo en varios grupos. Estas seales diferentes producen diferentes tipos de espectros, y para evitar errores cuando llevamos a cabo el anlisis de frecuencias, es conveniente conocer sus caractersticas.

Seales

TEMAS:

Seales EstacionariasSeales DeterministasSeales no estacionariasSeales Estacionarias

La primera divisin natural de todas las seales es en las categoras estacionarias y no estacionarias. Las seales estacionarias son constantes en sus parmetros estadsticos sobre tiempo. Si uno observa una seal estacionaria, durante unos momentos y despus espera una hora y vuelve a observar, esencialmente se vera igual , eso es, su nivel general seria casi lo mismo y su distribucin de amplitud y su desviacin Standard serian casi lo mismo. La maquinaria rotativa generalmente produce seales de vibracin estacionarias.

Las seales estacionarias se dividen en seales deterministas y aleatorias. Las seales aleatorias son impredecibles en cuanto a su contenido de frecuencia y a su nivel de amplitud, pero todava tienen caractersticas estadsticas relativamente uniformes sobre tiempo.

Ejemplos de seales aleatorias son lluvia cayendo en un techo, ruido de un motor a reaccin, turbulencia en los patrones de flujo de una bomba y cavitacin.

Seales Deterministas

Seales deterministas son una clase especial de seales estacionarias y tienen un contenido de frecuencia y de nivel relativamente constante por un largo periodo de tiempo.

Seales deterministas son generadas por maquinaria rotativa, instrumentos musicales, y generadores de funciones elctricas. Se pueden dividir en seales peridicas, y casi peridicas. Seales peridicas tienen formas de ondas con un patrn que se repite a igual distancia en el tiempo. Seales casi peridicas tienen formas de onda con una repeticin variable en el tiempo, pero que parece ser peridica al ojo del observador.

A veces maquinaria rotativa producir seales casi peridicas, especialmente equipo activado por banda.

Las seales deterministas son probablemente las ms importantes en el anlisis de vibraciones y sus espectros se ven as:

La mayora de las seales casi peridicas son una combinacin de varias series armnicas. Seales peridicas siempre producen espectros con componentes a frecuencia discreta que son una serie armnica. El trmino "armnico" viene de la msica donde los armnicos son mltiplos de la frecuencia fundamental.

Seales no estacionarias

Seales no estacionarias se dividen en continuas y transientes. Ejemplos de seales no estacionarias continuas son la vibracin producida por una perforadora manual, y el sonido de fuegos artificiales. Transientes se definen como seales que empiezan y terminan al nivel cero y duran una cantidad de tiempo finita. Pueden ser muy breves o bastante largos. Ejemplos de transientes son un golpe de un martillo, el ruido de un avin que pasa, o la firma de vibracin de una mquina arrancando o terminando de funcionar.

Ejemplos de algunas Ondas y sus Espectros

A continuacin examinamos algunas formas de onda y sus espectros que ensean algunas caractersticas importantes del anlisis de frecuencia. Aunque estas son idealizadas , ya que fueron hechos por un generador de funcin electrnico, y analizadas por un analizador TRF, tienen algunos atributos, que se ven generalmente en espectros de mquinas.

Una onda senoidal consiste de una frecuencia nica, y su espectro es un punto nico. Tericamente, una onda senoidal existe un tiempo infinito y nunca cambia. La transformada matemtica, que convierte la forma de la onda del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia se llama la transformada de Fourier y comprime toda la informacin en la onda senoidal de un tiempo infinito en un punto. El hecho que el pico en el espectro que mostramos arriba tiene una anchura finita , es un artefacto del anlisis TRF que comentaremos ms adelante.

Una mquina desbalanceada tiene una fuerza de excitacin que es una onda senoidal en 1x o bien una vez por revolucin. Si la mquina fuera perfectamente lineal, en su respuesta, la vibracin resultante seria una onda senoidal pura, como la muestra de arriba. En muchas mquinas con balanceo deficiente, la forma de onda si se parece a una onda senoidal y en el espectro hay un pico de vibracin importante en 1x.

aqu vemos que un espectro armnico es el resultado de una forma de onda peridica , en este caso una onda senoidal recortada. El espectro contiene componentes a distancias iguales, y su distancia es igual a 1 dividido entre el periodo de la forma de onda. El ms bajo de los componentes arriba de la frecuencia cero se llama la fundamental y los otros los armnicos. Esta forma de onda viene de un generador de seal y se puede ver que alrededor de la lnea cero no es simtrica. Eso quiere decir que tiene un componente CD y este se ve como la primera lnea a la izquierda del espectro. Este sirve para ilustrar que un anlisis de espectro puede extenderse toda la distancia, hasta la frecuencia cero en terminologa comn hasta CD.

En el anlisis de vibraciones de maquinaria, generalmente no es deseable incluir frecuencias tan bajas en el anlisis del espectro y esto por varias razones. La mayora de los transductores no responden a la CD aunque si hay acelermetros que se usan en la navegacin por inercia, que responden a la CD. Para vibracin de mquina la frecuencia ms baja que se considera de inters es alrededor de 0. 3 orden. En algunas mquinas este ser abajo de 1 Hz. Se necesitan tcnicas especiales para medir e interpretar seales abajo de esta frecuencia.

Se puede observar que este espectro consiste de puntos discretos, por definicin la seal es deterministaEs comn en firmas de vibracin de mquinas de ver una forma de onda recortada como se muestra arriba. Esto quiere decir que hay holgura en la mquina y algo est restringiendo su movimiento en una direccin.

La seal mostrada arriba es similar a la anterior pero est recortada por ambos lados, positivos y negativos, y el resultado es una forma de onda simtrica. Esto tipo de seal puede ocurrir en vibracin de maquinaria si hay holgura en la mquina y si el movimiento est restringido en ambas direcciones. El espectro parece tener armnicos pero solamente son los armnicos nones. Todos los armnicos pares faltan. Cualquier forma de onda peridica, simtrica tendr un espectro con solamente los armnicos nones. El espectro de una onda cuadrada tambin se vera as.

A veces el espectro de vibracin de una mquina se parecer a esto, si la holgura es extrema, y si el movimiento de la parte en vibracin est restringido en ambos extremos del desplazamiento.

Una mquina desbalanceada con un perno de sujecin flojo es un ejemplo de esto.

Arriba se muestra un impulso producido por un generador de seal. Observen el espectro, es continuo en lugar de discreto. En otras palabras, la energa en el espectro est repandida en un rango de frecuencias en lugar de ser concentrada solo en frecuencias especficas. Esto es caracterstico de seales no deterministas, tales como el ruido aleatorio y transientes Se puede ver que el nivel del espectro se va a cero en una frecuencia particular. Esa frecuencia es el recproco de la longitud del impulso. Por eso, ms corto el impulso, ms grande su contenido en altas frecuencias. Si el impulso sera infinitamente corto la llamada funcin delta en las matemticas) entonces su espectro se extendera de cero a infinito en frecuencias.

Cuando se examina un espectro continuo es generalmente imposible determinar si es el resultado de una seal aleatoria o transiente. Esto es una limitacin inherente del anlisis de frecuencias, tipo Fourier, y por esta razn es buena idea estudiar la forma de onda, cuando se encuentra un espectro continuo. En cuanto a la vibracin de la maquinaria es de inters para el analista si ocurren impactos, (causando impulsos en la forma de onda) o si est presente ruido aleatorio, (por ejemplo debido a cavitacin) en la seal.

Un impulso nico raramente est producido por una mquina giratoria, pero en la prueba del impulso este tipo de excitacin se aplica a la mquina. Su respuesta en vibracin no ser una curva suave clsica, como esta, pero ser contnua con picos correspondientes en las frecuencias naturales de la estructura de la mquina. Este espectro nos ensea que el impulso es una buena fuerza de entrada que se puede usar en este tipo de pruebas, ya que contiene energa en un rango continuo de frecuencias.

Si el mismo impulso que produjo el espectro anterior se repite a una razn constante, el espectro que resultar tendr una envolvente, con la misma forma que el espectro del impulso nico, pero consistir de los armnicos de la frecuencia de repeticin del pulso en lugar de un espectro continuo.

Este tipo de seal se produce por un rodamiento con un defecto en uno de los anillos. Los impulsos pueden ser muy angostos y siempre producirn una serie importante de armnicos.

Efectos de Modulacin

Modulacin es un efecto no lineal en el cual varias seales interactan unas con otras para producir nuevas seales con frecuencias que no estaban presentes en las seales originales. Los efectos de la modulacin son la damnacin del ingeniero audio, ya que producen distorsin intermodular que es molesta para el auditor de msica. Hay muchas formas de modulacin incluyendo la modulacin de frecuencia. y de amplitud y el sujeto es muy complejo. Ahora estudiarmos individualmente a los dos tipos de modulacin.

Es raro ver la modulacin de frecuencia sola. La mayora de las mquinas producirn modulacin de amplitud al mismo tiempo que modulacin de frecuenciaLa modulacin de frecuencia (FM) es la variacin en frecuencia de una seal, debido a la influencia de otra seal, generalmente de frecuencia ms baja. La frecuencia que se est modulando, se llama la cargadora . En el espectro mostrado arriba, el componente ms importante es la cargadora, y los otros componentes, que parecen armnicos se llaman bandas laterales. Esas bandas laterales se ubican simtricamente de cada lado de la cargadora, y su distancia es igual a la frecuencia moduladora.

Modulacin de frecuencia ocurre en espectros de vibracin de mquinas, especialmente en cajas de engranes, donde la frecuencia del engranaje est modulada por las rpm del engrane. . Tambin ocurre en algunos altavoces, de sistemas de sonido , donde se llama distorsin FM, aunque generalmente a un nivel muy bajo.

Este ejemplo nos muestra una modulacin de amplitud a cerca de 50% de la modulacin total.

Se nota que la frecuencia de la forma de onda parece ser constante y que el nivel est fluctuando en una proporcin constante. Esta seal de prueba fue producida, variando rpidamente el control de ganancia, en un generador de funcin, mientras que se grababa la seal.

Este tipo de seal se produce frecuentemente en engranes y rodamientos con defectos y se puede identificar fcilmente por las bandas laterales en el espectro. El espectro tiene un pico en la frecuencia cargadora. , y dos componentes a cada lado. Estos componentes suplementarios son las bandas laterales. Noten que aqu solamente hay dos bandas laterales en comparacin con la gran cantidad producida por la modulacin de frecuencia. Las bandas de frecuencia estn a una distancia de la cargadora, igual a la frecuencia de la seal moduladora, en este caso en la frecuencias a la que se movi el botn del control. En este ejemplo, la frecuencia moduladora es mucha ms baja que la frecuencia modulada, o cargadora, pero en situaciones prcticas, las dos frecuencias estn cerca una de otra.

Estas frecuencias son ondas senoidales, pero en la prctica, la seal modulada y la moduladora muchas veces son complejas. Por ejemplo, la seal que transmite un radio AM, contiene una cargadora de alta frecuencia, y muchas bandas laterales, que son el resultado de la emisin de la modulacin de la cargadora por la seal de la voz o de la msica.

Una firma de vibracin o acstica similar a esto, se genra muchas veces en motores elctricos con problemas en las barras del rotor.

Pulsos

Es casi imposible ver la diferencia entre pulsaciones y modulacin de amplitud, estudiando la forma de onda. Las dos son procesos fundamentalmente diferentes, causados por fenmenos diferentes en las mquinas. El espectro cuenta toda la historia. Esta forma de onda se v como modulacin de amplitud pero en realidad son dos seales de onda senoidal que se sumaron para formar pulsos. Ya que las seales son ligeramente diferentes en frecuencia, su fase relativa vara de 0 a 360 grados, y eso quiere decir que la amplitud combinada vara, debido al reforzamiento y a la cancelacin parcial. El espectro ensea la frecuencia y la amplitud de cada componente y no hay bandas laterales. En este ejemplo, las amplitudes de las dos seales son diferentes, provocando una cancelacin incompleta en los puntos cero entre las mxima. Pulsar es un procedimiento lineal. No crea componentes de frecuencia adicionales.

Los motores elctricos a veces producen firmas de sonido y de vibracin que se parecen a pulsaciones, en las que la proporcin de pulsaciones es dos veces la frecuencia de deslizamiento. Esto no es pulsacin;en realidad se trata de modulacin de amplitud de la firma de vibracin a dos veces la frecuencia de deslizamiento. Probablemente se le ha llamado pulsacin porque suena un poco como las pulsaciones que se encuentran en el sonido de un instrumento de msica desafinado.

Esto parece modulacin de amplitud a 100%!

Este ejemplo de pulsacin es como lo anterior, pero los niveles de las dos seales son iguales y se cancelan completamente en los puntos cero. La cancelacin completa se ve raramente en seales verdaderas, que se encuentran en equipo rotativo.

Anteriormente, hemos visto que las pulsaciones y la modulacin de amplitud producen formas de onda similares. Esto es correcto, pero hay una diferencia stil. Estas formas de onda fueron amplificadas para obtener ms claridad. Noten que en el caso de las pulsaciones hay un cambio de fase en el punto donde la cancelacin est completa.

Escalas de frecuencias logartmicas

Hasta aqu, la nica clase de anlisis de frecuencia que estudiamos, a sido en una escala lineal. Eso quiere decir que el eje de las frecuencias est puesto de manera lineal. Esto es adecuado para un anlisis de frecuencias con una resolucin de frecuencia constante a travs del rango de las frecuencias. Eso se llama anlisis de banda angosta. El analizador TRF realiza esta clase de anlisis.

Hay muchas situaciones donde se requiere de un anlisis de frecuencia, pero donde el anlisis de banda angosta no presenta los datos en su forma ms til. Un ejemplo de esto es el anlisis del ruido acstico donde se estudia el indice de molestias a un observador humano. El mecanismo de audicin humano es sensible a proporciones de frecuencias ms que a frecuencias. La frecuencia de un sonido determinar su altura como percibido por un auditor y una proporcin de dos veces una frecuencia se escucha como un cambio de altura de una octava, sin que importe cuales fueran las frecuencias. Si por ejemplo se sube un sonido de 100 Hz a 200 Hz, su altura se subir una octava:Un sonido de 1000 Hz cuando se sube a 2000 Hz tambin se subir una octava en altura. El hecho es valido con tanta precisin en un rango importante de frecuencias , que es conveniente definir una octava como una proporcin de frecuencias de dos, aunque la octava misma es una medida subjetiva de cambio en la altura de un sonido.

Este fenmeno se puede resumir diciendo que la percepcin de altura del oido es proporcional al logartmo de la frecuencia, en lugar de a la frecuencia misma. Por eso, tiene sentido el expresar el eje de frecuencias de espectros acsticos en un eje de log frecuencias, y eso es lo que se hace de manera casi universal. Por ejemplo, las curvas de las respuestas de frecuencias publicadas por los fabricantes de sonido, siempre vienen en log frecuencia. De la misma manera, cuando se lleva a cabo un anlisis de frecuencia de sonido, es muy comn el usar grficas con log frecuencia.

El eje vertical de un espectro de banda se divide por lo general en decibel (dB)

La octava es un intervalo de frecuencias para el oido, que el llamado anlisis de banda de octavas ha sido definido como una norma para el anlisis acstico. El dibujo de abajo muestra un espectro tpico, de banda de octava, donde se usan las frecuencias Standard ISO de la banda de las octavas. Cada banda de octavas tiene una anchura de banda de alrededor del 70% de su frecuencia central. Este tipo de espectro se llama banda a porcentaje constante, porque cada banda tiene su anchura que es un porcentaje constante de su frecuencia central. En otras palabras:las bandas de anlisis se hacen mas anchas en proporcin a sus frecuencias centrales.

Se podra argumentar que la resolucin de frecuencias en un anlisis de banda de octavas no es lo suficiente preciso, para ser muy til, especialmente en el anlisis de la firma de vibraciones. de maquinaria, pero es posible de definir el anlisis de bandas a porcentaje constante, con bandas de frecuencias de una anchura ms angosta. Un ejemplo comn de esto es el espectro de un tercio de octava, cuyos anchuras de banda son alrededor del 27% de sus frecuencias centrales. Tres bandas de un tercio de octava forman una octava y la resolucin de este tipo de espectro es tres veces mejor que la del espectro de la banda de octava. Los espectros de un tercio de octava se usan frecuentemente en mediciones acsticas.

Una ventaja mayor del anlisis de las bandas de porcentaje constante es que en una grfica se puede mostrar un largo rango de frecuencias, y que la resolucin de frecuencias en las frecuencias bajas puede ser todavia bastante angosta. Evidentemente, la resolucin de frecuencias en las frecuencias ms altas sufrir, pero esto no presenta un problema para algunas aplicaciones, como la deteccin de fallas en mquinas.

En el captulo acerca del diagnostico de fallas en mquinas vermos que los espectros de banda angosta son muy tiles para resolver armnicos y bandas laterales, de altas frecuencias. Pero para la deteccin de una falla en una mquina, no se requiere una resolucin tan alta. El espectro de velocidad de vibracin de la mayora de mquinas tendr una pendiente hacia abajo, en las frecuencias ms altas, y un espectro de banda a porcentaje constante (BPC) de los mismos datos, generalmente tendr que ser ms uniforme en su nivel sobre un largo rango de frecuencias. Esto quiere decir que un espectro BPC hace mejor uso del rango dinmico de los instrumentos. Los espectros de un tercio de octava estn lo suficiente angosto en las frecuencias bajas, como para ensear los primeros y raros armnicos de la velocidad de funcionamiento, y se pueden usar de manera efectiva, para la deteccin de fallas , si se establece una tendencia en el tiempo.

El uso de espectros constantes BPC para el monitoreo de maquinaria no ha sido bien reconocido en la indstria, con unas excepciones notables tales como la flotilla de submarinos de la marina de los E. U. A.

Escalas Lineales y Logartmicas de Amplitud

Puede parecer mejor, estudiar los espectros de vibracin con una escala lineal de amplitud, ya que eso es una verdadera representacin de la amplitud de vibracin, medida en la realidad. Una escala lineal hace que se vean y se evalen muy fcilmente los componentes ms largos en un espectro. Componentes muy pequeos pueden pasar desapercibidos, o en el mejor de los casos, es difcil asignarles una magnitud. El ojo tiene la capacidad de ver componentes pequeos, de un tamao de 1/50 de los ms grandes en un mismo espectro, pero cualquier cosa ms pequea que esto se pierde. En otras palabras, el rango dinmico del ojo es de alrededor de 50 a 1. Este equivale a 34 dB.

La escala lineal puede ser adecuada en casos donde los componentes tienen todos casi el mismo tamao, pero en el caso de vibracin de maquinaria, las fallas incipientes en partes como rodamientos producen seales con amplitudes muy pequeas. Si queremos hacer un buen trabajo en establecer una tendencia en los niveles de estos componentes del espectro, es mejor trazar el logaritmo de la amplitud en lugar de la misma amplitud. De esta manera podemos fcilmente mostrar e interpretar visualmente un rango dinmico de por lo menos 5000 a 1 o sea ms que 100 veces mejor que lo que permite una escala lineal.

Para ilustrar tipos diferentes de presentacin de amplitud, mostraremos la misma firma de vibracines en una escala lineal y dos tipos diferentes de escala logartmica de amplitud.

Escala Linear de Amplitud

Observen que este espectro lineal muestra muy bien los picos largos , pero la informacin acerca de los niveles ms bajos no est disponible. En el caso del anlisis de la vibracin en maquinaria, muchas veces estamos interesados en los componentes mas pequeos del espectro. Esto es en caso de diagnstico de rodamientos a elementos rodantes. Este sujeto se tratar en detalle en el captulo acerca del Monitoreo de Vibracin en Maquinaria.

El espectro abajo traza el logartmo del nivel de vibracin en lugar del nivel mismo.

Escala de Amplitud Logartmica

Ya que este espectro est en una escala logartmica, de amplitud, una multiplicacin con un valor constante solamente transfiere el espectro hacia arriba en la pantalla, sin cambiar su forma o la relacin entre los componentes.

En una escala logartmica , la multiplicacin del nivel de la seal se traduce en una adicin. Esto quiere decir que si se cambia la cantidad de amplificacin de una seal de vibracin , esto no afectar a la forma del espectro. Este hecho simplifica de manera importante la interpretacin de espectros logartmicos tomados a varios factores de amplificacin. --se transfieren las curvas por arriba o por abajo en la grfica--Con una escala lineal, la forma del espectro cambia de manera drastica, con varios grados de amplificacin.

El espectro siguiente viene en decibels, un tipo especial de escala logartmica, muy importante en anlisis de vibraciones.

Escala de Amplitud en Decibel

More:

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/eldecibel.htm" El Decibel

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/valoresdbvsproporcionesdeniveldeamplitud.htm" Valores dB vs Proporciones de Nivel de Amplitud

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/conversionesdeunidades.htm" Conversiones de Unidades

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/nivelesvdbvsnivelesdevibracinenpps.htm" Niveles VdB vs Niveles de Vibracin en pps

El Decibel

Los decibeles son tiles en la medicin de vibraciones y en la medicin acusticaUn tipo conveniente de escala logartmica es la escala decibel o escala dB. Es una escala de proporcin, que relacione el nivel medido de amplitud a un nivel de referencia.

Se define el decibel (dB) por la expresin siguiente:

donde: LdB = el nivel de la seal en dB

L1= el nivel de Vibracin, en Aceleracin , Velocidad, o Desplazamiento.

Lref = el nivel de referencia, equivalente a 0 dB

El concepto del decibel fue introducido por los laboratorios Bell Telephone antes de 1930. Se us por primera vez, para medir la perdida de fuerza relativa, y la proporcin seal/ruido en lneas telefnicas. rpidamente se adopt en servicio como una medida del nivel de presin acustica del sonido.

El nivel de velocidad de vibracin en dB abreviado VdB est definido como:

o

El "Systme International" , o SI es el reemplazo moderno del sistema mtrico. La referencia o el nivel " 0 dB" de 109 metros por segundo, es lo suficiente pequeo por que todas nuestras mediciones en maquinaria resultan en nmeros positivos de dB. Este nivel de referencia normalizado usa las unidades de normas internacionales o del sistema mtrico, pero no est reconocido como una norma en los E. U. A. y otros paises de habla ingls. (La marina de E. U. A. y muchas indstrias norte americanas usan una referencia de 0 dB de 108 m/seg. , y as sus resultados son mas bajos que los resultados segn las normas internacionales de 20 dB para la misma medicin.

El VdB es poner la magnitud de la vibracin en una escala logartmica, y que permite la realizacin fcil de mediciones relativas. Un incremento de nivel de 6 dB representa una duplicacin de la amplitud sin tomar en cuenta el nivel inicial. De la misma manera, un incremento de 20 dB representa un cambio en el nivel con un factor de diez. De esta manera, una proporcin constante de niveles se ve como cierta distancia en la escala, sin tomar en cuenta los niveles absolutos de las mediciones. Esto hace muy fcil la evaluacin de tendencias de los datos espectrales de vibracin. Un incremento de 6 dB siempre indica una duplicacin de las magnitudes.

Valores dB vs Proporciones de Nivel de Amplitud

La tabla siguiente nos da la relacin de los valores dB contra las proporciones de amplitud.

Cambio en dBProporcin de nivel linealCambio en dBProporcin de nivel lineal

0

1

30

31

3

1.4

36

60

6

2

40

100

10

3.1

50

310

12

4

60

1000

18

8

70

3100

20

10

80

10,000

24

16

100

100,000

Se recomienda que se use VdB como una escala de amplitud de vibracin ya que una cantidad de informacin ms grande est disponible al espectador en comparacin con las unidades de amplitud. Tambin en comparacin con una escala logartmica, una escala dB es mucho ms fcil de leer.

Conversiones de Unidades

La Aceleracin y el Desplazamiento tambin se pueden exprimir en las escalas dB. La escala AdB es la que ms se usa y su punto de referencia cero est puesto en 1 micro G, abreviado mG.

Resulta que AdB = VdB a 159. 2 Hz. Los niveles VdB, AdB y DdB son relacionados por las siguientes formulas:

Cualquier parmetro de vibraciones , desplazamiento, velocidad o aceleracin se puede mostrar en una escala dB:Las cantidades de referencia en esta esca-la para o dB fueron escogidas de tal manera que los niveles de dB de las tres cantidades sean las mismas a 159. 2 Hz, que equivale a 1000 radianes por segundo.

La aceleracin y la Velocidad en unidades lineales se calculan de los niveles dB como sigue:

Es conveniente recordar la siguiente regla general: A 100 Hz, 1G = 120 AdB = 124 VdB = 2. 8 mils p. pulgada.

Notan que la forma de onda en el dominio de tiempo siempre est representada en unidades de amplitud lineales, no es posible usar una escala logartmica en la grfica de la forma de onda ya que algunos de los valores son negativos, y el logartmo de un nmero negativo no est definido.

Niveles VdB vs Niveles de Vibracin en pps

El nivel de pico es la unidad Standard para la medicin de velocidad de vibracin, aunque en la mayora de los casos las RPM tendran ms entidoA continuacin una tabla de conversin para relacionar niveles VdB a pulgadas por segundo pico.

VdBPps pico VdBPps picoVdBPps pico

60

.0006

90

.018

120

.56

62

.0007

92

.022

122

.70

64

.0009

94

.028

124

.88

66

.0011

96

.035

126

1.1

68

.0014

98

.044

128

1.4

70

.0018

100

.056

130

1.8

72

.0022

102

.070

132

2.2

74

.0028

104

.088

134

2.8

76

.0035

106

.11

136

3.5

78

.0044

108

.14

138

4.4

80

.0056

110

.18

140

5.6

82

.0070

112

.22

142

7.0

84

.0088

114

.28

144

8.8

86

.011

116

.35

146

11.1

88

.014

118

.44

148

14.0

Datos Generales

Uno de los primeros transductores fue e dedo humano!Un transductor todavia mas bsico y mucho ms sensible, es el rgano lateral lineal de los peces. El transductor de vibraciones es un aparato que produce una seal elctrica que es una rplica o anlogo del movimiento vibratorio al cual est sujeto. Un buen transductor no debe agregar falsos componentes a la seal, y deberia producir seales uniformes en todo el rango de frecuencias que nos interesa

Los tipos diferentes de transductores responden a parmetros diferentes de la fuente de vibracin. , como se puede apreciar en la tabla siguiente.

Nombre:Sensible a

Sensor de Proximidad

Desplazamiento

Sensor de Velocidad

Velocidad

Accelerometro

Acceleracion

A continuacin examinarmos las caractersticas de esos transductores.

More:

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/elsensordeproximidad.htm" El Sensor de Proximidad

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/elsensordevelocidad.htm" El Sensor de Velocidad.

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/elacelermetro.htm" El Acelermetro

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/fondo.htm" Fondo

El Sensor de Proximidad

Un tipo muy comn de sensor de proximidad se conoce comercialmente como el "Proximiter". Es una marca comercial de la Bentley Nevada Company. El Sensor de proximidad, tambin llamado "Sensor de Corriente de Remolino", o "Transductor de Desplazamiento" es una unidad de montaje permanente, y necesita un amplificador que condiciona la seal para generar un voltaje de salida, proporcional a la distancia entre el transductor y la extremidad de la flecha. Su operacin est basada en un principio magntico. y por eso, es sensible a las anomalias magnticas en la flecha. Se debe tener cuidado para evitar que la flecha sea magnetizada y que de esta manera, la seal de salida sea contaminada. Es importante saber que el transductor mide el desplazamiento relativo entre el rodamiento y el gorrn. , y no mide el nivel de vibracin total de la flecha o del carter. El transductor de desplazamiento est por lo general instalado en grandes mquinas con rodamientos con gorrones , donde se usa para detectar fallas en los rodamientos y para apagar la mquina antes que occura una falla catastrfica.

Esos transductores se usan mucho en pares, separados por una diferencia de orientacin de 90 grados. Se pueden conectar a los platos horizontales y verticales de un osciloscopio para sealar la rbita o la ruta del gorrn , cuando est dando vueltas en el rodamiento.

La frecuencia de respuesta del transductor de desplazamiento va desde DC (0 Hz) hasta alrededor de 1 000 Hz.

El Sensor de Velocidad.

Algunos sensores de velocidad estn hechos con una bobina mvil fuera de un imn estacionario. El principio de operacin es el mismo. Un otro tipo de transductor de velocidad consiste en un acelermetro con un integrador electrnico incluido. Esta unidad se llama un Velmetro y es en todos los aspectos superior al sensor de velocidad sismico clsico.

El sensor de velocidad fue uno de los primeros transductores de vibracin, que fueron construidos. Consiste de una bobina de alambre y de un imn colocados de tal manera que si se mueve el carter, el imn tiende a permanecer inmvil debido a su inercia. El movimiento relativo entre el campo magntico y la bobina induce una corriente proporcional a la velocidad del movimiento. De esta manera, la unidad produce una seal directamente proporcional a la velocidad de la vibracin. Es autogenerador y no necesita de aditamentos electrnicos acondicionadores para funcionar. Tiene una impedancia de salida elctrica relativamente baja que lo hace relativamente insensible a la induccin del ruido.

Aun tomando en cuenta estas ventajas, el transductor de velocidad tiene muchas desventajas, que lo vuelven casi obsoleto para instalaciones nuevas, aunque hoy en dia todavia se usan varios miles. Es relativamente pesado y complejo y por eso es caro, y su respuesta de frecuencia que va de 10 Hz a 1000 Hz es baja. El resorte y el imn forman un sistema resonante de baja frecuencia, con una frecuencia natural de 10 Hz. La resonancia tiene que ser altamente amortiguada, para evitar un pico importante en la respuesta a esta frecuencia. El problema es que la amortiguacin en cualquier diseo prctico es sensible a la temperatura, y eso provoca que la respuesta de frecuencia y la respuesta de fase dependan de la temperatura.

El Acelermetro

El acelermetro de tipo de compresin como se muestra en el diagrama fue el primer tipo a ser desarollado. Por lo general se prefiere el acelermetro del tipo de cizallamiento, configurado de tal manera que el elemento activo esta sujeto a fuerzas de cizallamiento.

Tambin hay otros tipos de diseos para acelermetros.

Se puede considerar al acelermetro piezo electrico como el transductor Standard para medicin de vibracin en mquinas. Se produce en varias configuraciones, pero la ilustracin del tipo a compresin sirve para describir el principio de la operacin. La masa sismica est sujetada a la base con un perno axial, que se apoya en un resorte circular. El elemento piezo electrico est ajustado entre la base y la masa. Cuando una materia est sujeta a una fuerza, se genera una carga elctrica entre sus superficies. Hay muchas materias de este tipo. Cuartzo se usa ms. Tambin hay materias piezo elctricos sintticos que funcionan bien y en algunos casos son capaces de funcionar a temperaturas ms altas que el cuartzo lo puede hacer. Si se incrementa la temperatura de un material piezo elctrico, se va llegar al llamado "punto curie" o " temperatura curie" y se pierde la propiedad piezo elctrica. Una vez que esto pasa, el transductor est defectuoso y no se puede reparar.

Cuando se mueve el acelermetro en la direccin arriba abajo, la fuerza que se requiere para mover la masa sismica esta soportada por el elemento activo. Segn la segunda ley de Newton, esa fuerza es proporcional a la aceleracin de la masa. La fuerza sobre el cristal produce la seal de salida, que por consecuente es proporcional a la aceleracin del transductor. Los acelermetros son lineales en el sentido de la amplitud, lo que quiere decir que tienen un rango dinmico muy largo. Los niveles ms bajos de aceleracin que puede detectar son determinado unicamente por el ruido electrnico del sistema electrnico, y el lmite de los niveles ms altos es la destruccin del mismo elemento piezo electrico. Este rango de niveles de aceleracin puede abarcar un rango de amplitudes de alrededor de 10 , lo que es igual a 160 dB. Ningn otro transductor puede igualar esto.

El acelermetro piezo electrico est muy estable sobre largos periodos. Mantendr su calibracin si no se le maltrata. Las dos maneras de que se puede daar un acelermetro son la exposicin a un calor excesivo y la caida en una superficia dura. Si se cae de una altura de mas de un par de pies, en un piso de concreto, o en una cubierta de acero, se debe volver a calibrar el acelermetro para asegurarse que el cristal no se cuarte. Una pequea cuarteadura causar una reduccin en la sensibilidad y tambin afectar de manera importante a la resonancia y a la respuesta de frecuencia. Es una buena idea calibrar los acelermetros una vez al ao, si estn en servicio con colectores de datos portatiles.

El rango de frecuencias del acelermetro es muy ancho y se extiende desde frecuencias muy bajas en algunas unidades hasta varias decenas de kilohertzios. La respuesta de alta frecuencia est limitada por la resonancia de la masa sismica, junto con la elasticidad del piezo elemento. Esa resonancia produce un pico importante en la respuesta de la frecuencia natural del transductor, y eso se situa normalmente alrededor de 30 kHz para los acelermetros que se usan normalmente. Una regla general es que un acelermetro se puede usar alrededor de 1/3 de su frecuencia natural. Datos arriba de esta frecuencia se acentuarn debido de la respuesta resonante, pero se pueden usar si se toma en cuenta este efecto.

Cuando se usa un acelermetro PCI se debe tener cuidado de no exponerlo a niveles de aceleracin donde el voltaje de salida reba-sara varios voltios . Si no, se sobrecargar el preamplificador interno y el resultado ser una distorsin. La mayora de los acelermetros que hoy en da se usan en la indstria son del tipo "PCI", lo que quiere decir que tienen un preamplificador interno de circuito integrado. Este preamplificador recibe su energa de la polarizacin de la corriente directa por el alambre de la misma seal, as que no se necesita alambrado suplementario. El aparato con que est conectado el aparato debe tener su fuerza de corriente directo disponible para este tipo de transductor. El acelermetro PCI tendr un limite de baja frecuencia, debido al mismo amplificador y este se situa generalmente a 1 Hz para la mayora de las unidades disponibles comercialmente. Algunas unidades fueron diseadas especialmente para ir hasta 0, 1 Hz si se necesita datos de muy baja frecuencia.

Cuando se conecta un acelermetro PCI a la fuente de energa, el amplificador necesita unos segundos para estabilizarse. Durante este tiempo cualquier dato que la unidad recoger ser contaminado por las lentas variaciones del voltaje. Por esa razn, los recopiladores de datos deben de tener un retraso integrado, para asegurar que la unidad est en condicin estable. Si el retraso es demasiado breve, la forma de onda de tiempo tendr una rampa de voltaje en forma exponencial superpuesta sobre los datos y en el espectro se ver una caracterstica creciente de muy baja frecuencia a veces llamada bajada de eski. Este se debe evitar, ya que compromete el rango dinmico de la medicin.

La frecuencia de resonancia de un acelermetro depende mucho de su montaje. El mejor tipo de montaje siempre es el montaje con botn, todo lo dems limitar el rango de frecuencia efectivo de la unidad.

Cuando se coloca un acelermetro es importante que la ruta de vibracin desde la fuente hacia el acelermetro sea la ms corta posible, especialmente si se esta midiendo la vibracin en rodamientos con elementos rodantes.

Fondo

Esta seccin cubrir la operacin y la teoria del analizador TRF que es el equipo de anlisis de seal que ms se usa en el campo de vibraciones. Muchas trabajadores consideran que el analizador TRF es una "caja magica" en la que se pone una seal y de la que sale un espectro. Por lo general la suposicin es que el espectro dice la verdad. La caja no puede mentir. Veremos que esta suposicin es vlida en muchos casos, pero tambin veremos que podemos ser engaados porque hay muchas trampas en el proceso de anlisis de seales digitales. Uno de los propsitos de esta seccin es ayudarles para evitar caer en unas trampas y aun si caen, de ayudarles para salir adelante.

El anlisis TRF es solamente un tipo de anlisis de espectros digitales, pero no nos concentraremos en otros tipos ya que no son aplicable al programa VMS.

El analizador TRF

Fondo

Esta seccin cubrir la operacin y la teoria del analizador TRF que es el equipo de anlisis de seal que ms se usa en el campo de vibraciones. Muchas trabajadores consideran que el analizador TRF es una "caja magica" en la que se pone una seal y de la que sale un espectro. Por lo general la suposicin es que el espectro dice la verdad. La caja no puede mentir. Veremos que esta suposicin es vlida en muchos casos, pero tambin veremos que podemos ser engaados porque hay muchas trampas en el proceso de anlisis de seales digitales. Uno de los propsitos de esta seccin es ayudarles para evitar caer en unas trampas y aun si caen, de ayudarles para salir adelante.

El anlisis TRF es solamente un tipo de anlisis de espectros digitales, pero no nos concentraremos en otros tipos ya que no son aplicable al programa VMS.

Anlisis de Espectro

Al barn Fourier, le otorgaron el ttulo de gobernador de Egipto despus de la victoria de NapolenEl anlisis de espectros que se define como la transformacin de una seal de la representacin en

el dominio del tiempo hacia la representacin en el dominio de la frecuencia, tiene sus raices a principio del siglo XIX, cuando varios matemticos lo investigaron desde una base terica. Pero fue un hombre prctico, un ingeniero con una educacin matemtica , que desarroll la teora en que estn basadas casi todas nuestras tcnicas modernas de anlisis de espectro. Este ingeniero era Jean Baptiste Fourier. El estaba trabajando para Napolen, durante la invasin de Egipto en un problema de sobrecalentamiento de caones, cuando dedujo la famosa Serie de Fourier, para la solucin de la conduccin de calor. Puede parecer que hay una gran distancia entre caones sobrecalentados y anlisis de frecuencia, pero resulta que las mismas ecuaciones son aplicables en los dos casos. Fourier ms tarde generaliz la Serie de Fourier en la Transformada Integral de Fourier. La llegada del anlisis de las seales digitales naturalmente llev a la llamada Transformada Discrecional de Fourier y la Transformada Rpida de Fourier o TRF

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HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/formasdelatransformadadefourier.htm" Formas de la Transformada de Fourier

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/laseriedefourier.htm" La Serie de Fourier

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/loscoeficientesdefourier.htm" Los Coeficientes de Fourier

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/latransformadaintegraldefourier.htm" La Transformada Integral de Fourier

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/latransformadadiscrecionaldefourier.htm" La Transformada Discrecional de Fourier

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/latransformadarpidadefourier.htm" La Transformada Rpida de Fourier

HYPERLINK "http://www.dliengineering.com/vibman-spanish/conversindeanlogoadigital1.htm" Conversin de Anlogo a Digital

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