1. UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA ZONA POZA RICA - TUXPAN Mantenimiento predictivo en mquinas rotativas causadas por vibraciones mecanicas Trabajo Prctico Educativo QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA P R E S E N T A N: Antonio Vicencio Aguilar Csar Orlando Uribe Garca Poza Rica de Hidalgo, Veracruz Julio 2002 DIRECTOR DE TESINA Ing. Alejandro Marquina Chvez 2. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 1 INDICE.......................................................................................................................1 INTRODUCCIN ...........................................................................................................4 CAPITULO I....................................................................................................................5 1.1 JUSTIFICACION......................................................................................................5 1.2 TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO .............................................................6 1.3 CARACTERISTICAS Y FUNCIONES ESENCIALES........................................7 CAPITULO II ..................................................................................................................8 PROCESOS DEL TRABAJO........................................................................................8 2.1 VIBRACION ..............................................................................................................8 2.1.1 CARACTERSTICAS DE LA VIBRACIN ....................................................................8 2.1.1.1 Frecuencia de Vibracin .............................................................................10 2.1.1.2 Desplazamiento de Vibracin......................................................................11 2.1.1.3 Velocidad de vibracin ................................................................................11 2.1.1.4 Aceleracin de Vibracin ............................................................................11 2.1.1.5 Fase..............................................................................................................12 2.1.2 IMPORTANCIA DE LAS CARACTERSTICAS DE LA VIBRACIN.................................12 2.1.2.1 Frecuencia de Vibracin .............................................................................12 2.1.2.2 Desplazamiento, Velocidad y Aceleracin de Vibracin.............................12 2.1.2.3 Fase..............................................................................................................14 2.1.3 SEVERIDAD DE LA VIBRACIN MECNICA ............................................................16 2.1.4 LA MEDICIN DEL DESPLAZAMIENTO ..................................................................18 2.1.5 LA MEDICIN DE LA ACELERACIN......................................................................20 2.1.6 LA MEDICIN DE LA FASE ....................................................................................21 2.1.7 CUNTA VIBRACIN ES EXCESIVA?....................................................................22 2.2 ORIGEN DE LAS VIBRACIONES MECANICAS.............................................23 INTRODUCCIN .........................................................................................................23 2.2.1 VIBRACIN DEBIDA A DESEQUILIBRIO O DESBALANCE........................................24 2.2.2 VIBRACIN POR DESALINEAMIENTO DE ACOPLAMIENTOS...................................24 2.2.3 VIBRACIN CAUSADA POR EXCENTRICIDAD ........................................................26 2.2.4 VIBRACIN PROVOCADA POR RODAMIENTOS.......................................................27 2.2.4.1 Rodamientos antifriccin defectuosos .........................................................27 2.2.4.2.Chumaceras defectuosos..............................................................................27 2.2.4.3 Cojinetes tipo manga ...................................................................................28 2.2.5 VIBRACIN A UNA LUBRICACIN INADECUADA...................................................31 2.2.6 VIBRACIN AL JUEGO MECNICO........................................................................31 2.2.7 VIBRACIN A CAUSA DE BANDAS DE ACCIONAMIENTO .......................................33 2.2.8 VIBRACIN A PROBLEMAS DE ENGRANAJE ..........................................................35 2.2.9 VIBRACIN GENERADA POR FALLAS ELCTRICAS................................................36 3. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 2 2.2.10 VIBRACIN OCASIONADA POR LA RESONANCIA .................................................36 2.2.11 VIBRACIN ORIGINADA POR FUERZAS AERODINMICAS E HIDRULICAS ...........37 2.2.12 VIBRACIN PRODUCIDA POR FUERZAS RECIPROCAS ..........................................40 2.2.13 VIBRACIN POR FRICCIN .................................................................................41 2.2.14 VIBRACIN A UNA MALA CIMENTACIN ...........................................................41 2.2.15 VIBRACIN A MECANISMOS INESTABLES...........................................................42 2.3 MANTENIMIENTO ...............................................................................................44 INTRODUCCION .........................................................................................................44 2.3.1 OBJETIVO DEL MANTENIMIENTO..........................................................................44 2.3.2 DEFINICIN DEL MANTENIMIENTO.......................................................................45 2.3.3 FINALIDAD DEL MANTENIMIENTO........................................................................45 2.3.4 CLASIFICACIN DEL MANTENIMIENTO.................................................................45 2.3.4.1 Mantenimiento Predictivo............................................................................45 2.3.4.2 Mantenimiento Preventivo...........................................................................47 2.3.4.3 Mantenimiento Correctivo...........................................................................48 2.3.5 EQUIPOS DE INSPECCIN Y DIAGNOSTICO PARA EL MANTENIMIENTO PREDICTIVO 49 2.3.5.1 Captador (sensor)de vibracin tipo velocidad ssmica. .............................52 2.3.5.1.1 Montaje por esprrago ..........................................................................55 2.3.5.1.2 Mtodo manual sin sonda ....................................................................56 2.3.5.1.3 Mtodo manual con sonda estndar de 9 in.........................................56 2.3.5.1.4 Tcnicas de agarre / tornillo.................................................................57 2.3.5.1.5 Porta captador magntico.....................................................................57 2.3.5.2 Captador de velocidad de contacto directo................................................57 2.3.5.3 Captador acelermetro...............................................................................58 2.3.5.4 Captador tipo no contacto (de proximidad). ..............................................60 2.3.5.5 Accesorio Roza Ejes....................................................................................62 2.4 COSTOS ...................................................................................................................64 CAPITULO III...............................................................................................................68 APORTACIONES O CONTRIBUCIONES AL DESARROLLO. .............................68 3.1 IMPLEMENTACION DE UN PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO................................................................................................................68 3.1.1 DEFINIR EL PROBLEMA.........................................................................................69 3.1.2 VERIFICAR EL HISTORIAL DE LA MAQUINA ...........................................................69 3.1.3 DETERMINAR LOS DETALLES DE LA MAQUINA......................................................70 3.1.4 INSPECCIN VISUAL .............................................................................................70 3.1.5 TOMAR LECTURAS(MEDICIONES) DE VIBRACIN EN LOS EQUIPOS ........................70 3.1.6 OBTENCIN DE GRFICAS EN COJINETES..............................................................70 3.1.7 VERIFICACIN DE LA FRECUENCIA .......................................................................71 3.1.8 DETERMINACIN DE LA VIBRACIN (DIRECCIONAL O NO)....................................71 3.1.9 LLEVAR A CABO OTROS ESTUDIOS........................................................................71 4. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 3 3.2 PROPUESTA DE ORGANIZACIN DEL PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO...........................................................................71 3.3 INTERVALOS PARA EFECTUAR REVISIONES REGULARES DE VIBRACIN ..................................................................................................................74 3.4 RECOMENDACION PARA TRANSMITIR LOS DATOS IMPORTANTES OBTENIDOS(FORMATO DE CAPTURA)...............................................................74 3.4.1.Ejemplos de fallas mas frecuentes en equipos mecnicos de rotacin...........76 3.4.2. Instrumentos para medicin y anlisis de la vibraciones mecnicas............81 CONCLUSIONES .........................................................................................................82 BIBLIOGRAFIA ...........................................................................................................84 ANEXO A.................................................................................................................85 ANEXO B.................................................................................................................88 ANEXO C.................................................................................................................90 ANEXO D.................................................................................................................93 TERMINOLOGA DE LA VIBRACIN...................................................................101 5. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 4 INTRODUCCIN El fenmeno de las vibraciones mecnicas en equipos rotatorios en distintas reas industriales, requiere de un anlisis especfico para cada caso en particular, es natural que una mquina vibre; hasta las maquinas rotatorias en el mejor estado operacional posible presentaran algn tipo de vibracin por mnima que esta sea. Por lo tanto, cada equipo rotatorio como compresor, turbogenerador a vapor, bomba vertical o un moto ventilador, etc; tendr un nivel de vibracin. Si la vibracin que produce una mquina llega hacer excesiva, es probable que se deba a algn defecto mecnico, debido que las vibraciones de las mquinas no aumentan ni se hacen excesivas sin razn alguna. Algo lo causa: el desequilibrio, la desalineacin, el desgaste en engranajes o el mal estado de un cojinete, Juego excesivo de sus elementos rodantes, etc. La solucin que se deba aplicar a un problema que se presente podra ser considerada por un departamento de mantenimiento para que tome las medidas necesarias para evitar una falla en cualquier equipo mecnico antes descrito, que como consecuencia pudiera causar daos en los mismos, tratando as de reducir los de costos de mantenimiento y los paros en equipos que afectaran la produccin. 6. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 5 CAPITULO I 1.1 JUSTIFICACION Es de nuestro conocimiento que mediante las mquinas se han ido logrando a travs del tiempo el mejoramiento y optimizacin en la explotacin de los recursos que en sus diversas modalidades nos ofrece la naturaleza; se sabe tambin que las mquinas estn constituidas, formadas y acopladas por diversos elementos que trabajan enlazados entre si, dichos elementos, desde un tornillo hasta una pieza compleja, deben contar con ciertas caractersticas as como la exactitud de medidas (precisin) y en el momento que dichas medidas y tolerancias no se cumplan, ser una causa factible de vibraciones mecnicas. De acuerdo al mantenimiento utilizado es como se puede mejorar los tiempos de produccin. Un mantenimiento adecuado nos permitir una reduccin de fallas en los equipos, as como tambin evaluar la naturaleza del dao y ubicarlo correctamente para una solucin efectiva de las vibraciones mecnicas, lo cual como consecuencia reducir los costos por fallas. Este tema fue elegido con la finalidad de conocer las diferentes causas que producen vibraciones excesivas en una mquina rotatoria, como tambin la importancia que representa la elaboracin de un programa de mantenimiento que nos ayude a reducir los paros de los equipos que afectan a la produccin, mejorar la funcionalidad y vida til de las mquinas. 7. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 6 1.2 TIPO Y NATURALEZA DEL TRABAJO Los departamentos encargados del mantenimiento industrial, son responsables de que se lleve a cabo la programacin, planeacin y ejecucin del mantenimiento. As como tambin, tiene la funcin de inspeccionar, diagnosticar y emitir reportes sobre el comportamiento de las mquinas o equipos a su cargo, con el fin de detectar posibles fallas potenciales que lleguen a provocar daos severos a los equipos o en instalaciones de las plantas de proceso, por tal motivo una deteccin oportuna de una falla mecnica provocada por una vibracin determinar que los equipos se encuentren trabajando en condiciones optimas. Por lo tanto, las industrias que aun no cuentan con un departamento de mantenimiento y que no dispongan con el equipo adecuado de inspeccin de vibraciones mecnicas, obviamente no podrn detectar, analizar o corregir en forma adecuada las posibles fallas mecnicas originadas por diferentes tipos de vibraciones. La realizacin de este trabajo terico prctico tiene como objetivo dar a conocer algunos mtodos tericos - prcticos que pueden resultar como apoyo en el desarrollo del mantenimiento en las distintas reas industriales. 8. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 7 1.3 CARACTERISTICAS Y FUNCIONES ESENCIALES El siguiente trabajo tiene como caracterstica ser un apoyo prctico de consulta y una gua para el estudiante universitario as mismo para el ingeniero que se desempea en el rea de mantenimiento. La funcin esencial de este trabajo prctico es el de cumplir con los siguientes objetivos: Describir y explicar las fallas relacionadas con las vibraciones mecnicas en las mquinas rotativas. Proponer algunas de las medidas preventivas para evitar las fallas mecnicas originadas por las vibraciones mecnicas. Implementar un programa de mantenimiento predictivo en mquinas rotativas relacionadas con las vibraciones mecnicas. Proponer unos archivos electrnicos que nos ayuden en el anlisis de las vibraciones mecnicas. 9. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 8 CAPITULO II PROCESOS DEL TRABAJO 2.1 VIBRACION La vibracin es el movimiento de una partcula o de un cuerpo que oscila alrededor de una posicin de equilibrio.[1] Es frecuente decir que algo sucede en una maquina cuando hace algn ruido raro, esto se puede asociar con el nivel de vibracin que produce. La manera ms sencilla de ilustrar lo que es la vibracin es siguiendo el movimiento de una pesa suspendida del extremo de un resorte tal como se aprecia en la figura 1. Hasta que no se aplique una fuerza a la pesa para que se mueva, no habr vibracin. Si se le aplica una fuerza hacia arriba, la pesa subir, comprimiendo el resorte. Luego si soltramos la pesa se caera por debajo de su posicin neutral hasta llegar a algn lmite inferior donde la tensin del resorte la parara. La pesa entonces volvera a su posicin original atravesando la posicin neutral hasta llegar al lmite superior de movimiento se repetir del mismo modo mientras se contine aplicando la fuerza. Est es la vibracin. 2.1.1 Caractersticas de la Vibracin Mucho se puede aprender sobre el estado de una mquina y los problemas mecnicos que tenga llevando un registro de las caractersticas que presenta. Cules son las caractersticas que identifican una vibracin?. Refirindonos nuevamente a la pesa suspendida de un resorte, podemos estudiar en detalle las caractersticas de sus vibraciones trazando un grfico del movimiento de la pesa contra el tiempo transcurrido. Dicho trazado se muestra en la figura 2, el movimiento de la pesa desde su posicin neutral hasta el lmite superior de su trayecto y de vuelta a su posicin neutral hasta el lmite inferior de su movimiento y finalmente la pesa llega a su posicin neutral, esto nos representar un ciclo. [1] OBSERVESE BIBLIOGRAFIA 10. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 9 Figura 1. La vibracin es un sistema sencillo resorte / masa Figura 2. Movimiento de la pesa a travs del tiempo. TIEMPO 11. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 10 Este ciclo de movimiento que muestra en la figura 3, tiene las caractersticas necesarias para identificar la vibracin. El movimiento subsecuente de la pesa no har sino repetir dichas caractersticas. Figura 3. Caractersticas de vibracin. 2.1.1.1 Frecuencia de Vibracin El tiempo que se requiere para completar un ciclo vibratorio se denomina Perodo de vibracin, si se requiere de un perodo de un segundo para completar un ciclo vibratorio, entonces durante un minuto el ciclo se repetir 60 veces o sea, 60 ciclo por minuto (formula 1). Este modo de expresar el nmero de ciclos en un intervalo dado(segundo, minuto, hora, etc.), es la frecuencia de vibracin, cifra an ms til que el perodo. En los estudios de la vibracin se expresa la frecuencia normalmente en ciclos por minuto, o en siglas cpm. 1 F = ....................................(1) t 12. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 11 2.1.1.2 Desplazamiento de Vibracin La distancia total que se desplaza la parte que vibra, desde un extremo al otro se denomina Desplazamiento de Pico a Pico, concepto que se expresa ordinariamente en milsimas de pulgada (0.001 In), o en el caso del sistema mtrico se expresa el desplazamiento de pico a pico de la vibracin en Micrn, esto es, un millonsimo de un metro (0.000001 m), o sea, un milsimo de un milmetro (0.001 mm). 2.1.1.3 Velocidad de vibracin Como se mostr anteriormente en la figura 1, el movimiento de la pesa que vibra tiene que desplazarse a alguna velocidad. Sin embargo, la velocidad de la pesa cambia constantemente. Al lmite superior del movimiento tendr velocidad cero puesto que va a parar la pesa antes de poder tomar la direccin contraria, siendo mayor la velocidad al pasar la pesa por la posicin neutral. As que la velocidad del movimiento es decididamente una caracterstica de la vibracin pero como vara constantemente durante el ciclo, la velocidad ms elevada o de pico es la que se escoge para ser medida. Normalmente se expresa la velocidad de vibracin en pulgadas por segundo pico o en unidades mtricas, en milmetros por segundo pico. 2.1.1.4 Aceleracin de Vibracin Al referirnos a la velocidad de vibracin, sealamos que la velocidad se aproxima a cero en los lmites superior e inferior de la figura 3. Desde luego, cada vez que la pieza se para al lmite de movimiento tendr que acelerarse aumentando la velocidad en su trayecto hacia el otro lmite de movimiento. La aceleracin es otra caracterstica importante que tiene la vibracin. Tcnicamente dicho, la aceleracin es el coeficiente de cambio de velocidad. La aceleracin se expresa normalmente en gravedad en el pico, siendo que la aceleracin que produce la fuerza de gravedad en la superficie de la tierra . Por un acuerdo internacional se ha dado la cifra de 980,665 cm / seg2 = 386,087 In / seg2 = 32,1739 ft / seg2 carcter de estndar para expresar la aceleracin debido a la gravedad. 13. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 12 2.1.1.5 Fase La fase se define como la posicin de una pieza que vibra en un instante dado con relacin a un punto fijo o a otra pieza que vibra. Las lecturas de fase se expresan normalmente en grados que va de 0 a 360 grados, siendo igual a 360 un ciclo completo de vibracin. 2.1.2 Importancia de las caractersticas de la vibracin 2.1.2.1 Frecuencia de Vibracin Al analizar la vibracin de una mquina para identificar un problema especifico, es indispensable saber cul es la frecuencia de vibracin, dato que nos permite identificar que pieza es defectuosa y la ndole del problema. Las fuerzas que dan lugar a la vibracin son generadas por el movimiento rotativo de los componentes de la mquina. Siendo as, dichas fuerzas cambiarn tanto en cantidad como en direccin a medida que la pieza modifica su posicin con respecto al resto de la mquina. Como resultado la frecuencia de la vibracin que se produce depender de la velocidad rotatoria de la pieza afectada. As, conociendo la frecuencia de la vibracin podemos identificar la pieza defectuosa. 2.1.2.2 Desplazamiento, Velocidad y Aceleracin de Vibracin Las caractersticas de desplazamiento, velocidad y aceleracin de la vibracin se miden para determinar cunta y cun severa es la vibracin. Los valores de desplazamiento, velocidad o aceleracin de vibracin se denominan a menudo la amplitud de vibracin. En lo que hace al funcionamiento de una mquina, la amplitud de vibracin es la indicacin que sirve para determinar cun bien o cun mal funciona la mquina. Mientras mayor sea la amplitud ms severa es la vibracin. Para medir la amplitud de vibracin en trminos de desplazamiento, velocidad y aceleracin, tenemos que conocer el desplazamiento pico a pico y la frecuencia de vibracin y podremos calcular la velocidad mxima de la vibracin como sigue: 14. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 13 F VMAX = 52.3 D X 10-3 ................................(2) 1000 Siendo VMAX = Velocidad vibratoria en pulgadas por segundo pico. D = Desplazamiento de pico a pico en milsimos. F = Frecuencia expresada en ciclos por minuto. Para poder calcular la velocidad en milmetros por segundo (sistema mtrico) D = Desplazamiento de pico a pico en millonsimo. Adems, la aceleracin vibratoria puede calcularse (gmax) como sigue: F 2 gmax =14.1 D 1000 X 10-3 ...(3) siendo g = Aceleracin debido a la gravedad. D = Desplazamiento de pico a pico en milsimo (1 mil = 0.001) Para poder calcular la aceleracin vibratoria en los casos en que se mide el desplazamiento en millonsimo se utiliza la siguiente frmula: F 2 gmax =5.6 D 1000 X 10-4 ..(4) 15. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 14 2.1.2.3 Fase En la prctica, las medidas tomadas de fase constituyen un modo conveniente de comparar un movimiento vibracional con otro, o de determinar cmo vibra una pieza con respecto a otra. Por ejemplo, las dos pesas que se observan en la figura 4 vibran a la misma frecuencia y desplazamiento, pero la pesa A se halla en el lmite superior del movimiento a la vez que la pesa B, est en el lmite inferior. Nos sirve la nocin de fase para expresar dicha comparacin. Trazando un ciclo completo del movimiento de dichas pesas y empezando por el mismo momento, vemos que los puntos de desplazamiento pico estn separados por 180 (un ciclo completo 360). As que podramos decir que estas dos pesas estn vibrando en desfasamiento a 180. Figura 4 . Pesas que vibran en defasaje de 180. En la figura 5, la pesa X se localiza en el lmite superior a la vez que la pesa Y sta en posicin neutral y acercndose al lmite inferior. Estas dos pesas estn vibrando en desfasamiento de 90. 16. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 15 Figura 5. Pesas que vibran en defasaje de 90. En la figura 6 las pesas C y D estn en la misma posicin del lmite superior. Estas pesas estn vibrando en fase. Figura 6. Pesas que vibran en fase. 17. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 16 2.1.3 Severidad de la vibracin mecnica La vibracin que afecta una mquina es rara vez sencilla, es decir que no se da a una sola frecuencia como la pesa al extremo de un resorte. La mayora de las vibraciones de las mquinas son complejas, consistentes en muchas frecuencias distintas, obsrvese en la figura 7. Figura 7. La mayora de las vibraciones de las mquinas son complejas, consistentes en muchas frecuencias distintas. Por lo general el desplazamiento total de pico a pico de la mquina ser la suma de todas las vibraciones individuales. Por ejemplo, si la mquina como se ve en la figura 7, presenta vibracin de 1 milsimo a 1 x r.p.m. debido al desequilibrio, de 1 milsimo a 2 x r.p.m. por juego excesivo(ver anexo A, Tabla de Gua de Anlisis de las Vibraciones Mecnicas), 1 milsimo a una alta frecuencia de engranaje y 1 milsimo a una frecuencia elevada en un cojinete antifriccin entonces el desplazamiento total de pico a pico ser de 4 milsimos, pero no podremos aplicarle esta lectura de 4 milsimos al grfico de severidad (figura 8), por que el desplazamiento no acontece a una sola frecuencia, ya que en los casos de vibracin compleja como sta, para poder aplicar el desplazamiento al grfico de severidad ser necesario determinar los desplazamientos individuales y sus frecuencias. 18. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 17 Figura 8. Este grfico nos puede servir para relacionar el desplazamiento con la frecuencia para determinar la severidad de la vibracin. 19. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 18 Esto se realiza mediante un analizador de vibraciones equipado con un filtro sintonizable, segn la figura 9, que funciona del mismo modo que el selector de un radio esto es, permitindonos examinar una sola frecuencia vibratoria y rechazando todas las dems. Sin embargo, aun cuando podamos medir los desplazamientos individuales con sus frecuencias correspondientes es evidente que en muchos casos una lectura filtrada aislada puede no indicar la severidad total de la vibracin. En realidad, nicamente una medida sin filtrar de la amplitud total revelar el estado general de una mquina. Y como la velocidad combina los factores de desplazamiento y frecuencia, nicamente una medida sin filtrar de velocidad dar una indicacin general de la severidad vibratoria global. 2.1.4 La medicin del Desplazamiento Aunque no se recomienda el empleo de las lecturas del desplazamiento para determinar el estado general de las mquinas, s hay ocasiones cuando deben tomarse lecturas de desplazamiento para establecer la amplitud. Por ejemplo, bajo condiciones de tensin dinmica, el desplazamiento puede ser una indicacin muy buena de la severidad. Por ejemplo las flexiones repetidas en la falla de un trozo de alambre o lmina, el alambre y la lmina no demuestran muy bien otra propiedad que tiene la mayora de los componentes rgidos de las mquinas. Nos referimos a los quebradizos que son, es decir que tienden a partirse de repente cuando la tensin que los afecta rebasa un punto dado. 20. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 19 Figura 9. Un IRD porttil sirve como analizador de vibraciones para identificarlos problemas mecnicos especficos. Para ilustrar la importancia de la relacin que existe entre el desplazamiento y la tensin, imagnese una mquina muy grande que gire despacio, como por ejemplo una cabria (Nombre dado a varias clases de mquinas simples para levantar cargas pesadas. Puede consistir en un tripode formado por tres puntales, en cuyo vrtice se dispone de un aparejo de varias rondanas, otros modelos ms perfeccionados tienen una polea simple pero la cuerda es jalada por un torno) de mina de unas 50 r.p.m. Supongamos que dicha cabria est vibrando con un desplazamiento de 100 milsimos de pico a pico y a una frecuencia de 50 CPM (1 x r.p.m.) debido al desequilibrio. En lo que respecta a la velocidad vibratoria los 100 milsimos a 50 CPM equivale a una velocidad de slo 0.26 In /seg. pico. Con referencia al grfico de severidad en la figura 8, el valor de 0.26 In / seg. Aparece en la zona marcada Levemente Rudo lo que no da por que preocuparse por lo pronto. Pero, sin embargo, tenga en cuenta que el cojinete de la mquina en cuestin est siendo desviado en 100 milsimas a la dcima parte de una pulgada. Bajo estas condiciones puede que se produzca una falla por la tensin (desplazamiento) ms bien que por la fatiga (velocidad). En otras palabras, la estructura de una mquina o su pedestal de soporte 21. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 20 podr agrietarse o romperse meramente por lo mucho que es flexionado y no por los muchos ciclos repetidos de flexionamiento. Debido a la importancia que tienen las medidas de desplazamiento a frecuencia muy reducidas donde hace un efecto importante la tensin, se sugiere que se tomen las lecturas de desplazamiento en las mquinas que pueden estar sometidas a la vibracin de baja frecuencia. Se considera baja una frecuencia vibratoria que se site por de bajo de 600 CPM. Se debe tomar, desde luego, una medida de velocidad global para poder determinar el estado general de la mquina a las frecuencias vibratorias ms elevadas, esto es, por encima de 600 CPM. 2.1.5 La medicin de la Aceleracin La medicin de la aceleracin vibratoria guarda una relacin muy estrecha con las fuerzas vibratorias que se aplican a la mquina, producindose fuerzas bastantes considerables a las frecuencias elevadas aun cuando sean mnimos el desplazamiento y la velocidad de vibracin. Por ejemplo, consideremos una mquina que presente un desplazamiento de pico a pico de 1.0 milsimos a una frecuencia de 6,000 CPM lo que equivale a una lectura de velocidad de 0.3 in cada segundo pico lo cual se considera como Rudo o Grave para la maquinaria en general. Obsrvese la figura 8. Esta cifra tambin corresponde a una aceleracin vibratoria de 0.5 g. Luego, consideremos una vibracin con desplazamiento de 0.01 milsimos de pico a pico que se produzca a una frecuencia de 600,000 CPM. Aunque esta vibracin tambin coincide tambin con la lectura de 0.3 in cada segundo pico, lo que representa una aceleracin vibratoria de 50 g lo que segn el cuadro en la figura 10 se clasifica como Muy Fuerte. En el caso de la vibracin que se da a la frecuencia de 6,000 CPM es posible que la falla se produzca por fatiga (velocidad). Sin embargo, a la frecuencia ms elevada de 600,000 CPM cualquier falla que haya ser por la fuerza excesiva (aceleracin) que se aplica. La fuerza excesiva que puede acabar descomponiendo la lubricacin y destruyendo la superficie de los cojinetes. Por lo general, se recomienda medir la aceleracin vibratoria en el caso de las frecuencias por encima de 60,000 CPM. 22. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 21 Figura 10. Este grfico puede servir para relacionar la aceleracin con la frecuencia para localizar la zona de severidad. 2.1.6 La medicin de la Fase El concepto de fase, que ya se ha definido, constituye un modo conveniente de comparar un movimiento con otro. Una comparacin del movimiento relativo de dos o ms componentes de una mquina o estructura resulta a menudo indispensable para poder diagnosticar defectos especficos de la maquinaria. Por ejemplo, si el anlisis revela que la vibracin de una mquina est en desfasamiento con la base o cimiento, bien pudiramos buscar la presencia de pernos de anclaje sueltos, cemento mal aplicado, u otras indicaciones de aflojamiento entre la mquina y su base. Las medidas de fase tienen importancia tambin en el balanceo. Si el problema mecnico es el desequilibrio, la posibilidad de medir la fase nos permite equilibrar rpida y fcilmente la pieza sin recurrir a las tcnicas inexactas. Ordinariamente las partes pueden ser equilibradas en su sitio sin necesidad de un desarmado costoso. 23. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 22 2.1.7 Cunta vibracin es excesiva? Como la amplitud de la vibracin (desplazamiento, velocidad, o aceleracin) es la medida de cun severo es el defecto que afecta una mquina, es importante para nosotros valernos de medidas de vibracin para detectar los defectos en su primera etapa para poder corregirlos. La meta que se persigue no es la de saber cunta vibracin aguanta una mquina antes de descomponerse sino la de tener una advertencia de dificultades inminentes para poder eliminar antes la falla. Las velocidades que se presentan en el Cuadro 1, pueden servir de gua para las lecturas globales de velocidad (sin filtrar). Cuando se mide la amplitud en trminos de desplazamiento o aceleracin pueden utilizarse los grficos que aparecen en las figuras 8 y 10 como guas para seleccionar niveles de vibracin mecnicas admisibles. Las medidas de desplazamiento y aceleracin que se apliquen a dichos grficos no tienen que ser sino lecturas filtradas. Los parmetros que se ofrecen en el cuadro 1 y en las figuras 8 y 10 se aplican nicamente a las mquinas como motores, ventiladores, sopladores, bombas y mquinas rotativas en general en los cuales no influye directamente la vibracin en la calidad del producto acabado. Las lecturas que se tomen de la amplitud deben contemplar los cojinetes o la estructura de la mquina. VELOCIDAD DE VIBRACIN in/ seg Pico 0 - 0.005 Sumamente Uniforme 0.005 - 0.01 Muy Uniforme 0.01 - 0.02 Uniforme 0.02 - 0.04 Muy Bien 0.04 - 0.08 Bien 0.08 - 0.16 Regular 0.16 - 0.32 Algo Violenta 0.32 - 0.64 Violenta Arriba de 0.64 Muy Violenta Cuadro 1. Parmetros de velocidad 24. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 23 2.2 ORIGEN DE LAS VIBRACIONES MECANICAS INTRODUCCIN La razn principal para analizar y diagnosticar el estado de una maquina es determinar las medidas necesarias para corregir la condicin de vibracin, reducir el nivel de las fuerzas vibratorias no deseadas y no necesarias. De manera que, al estudiar los datos, el inters principal deber ser la identificacin de las amplitudes predominantes de la vibracin, la determinacin de las causas y la correccin del problema que ellas presentan. A continuacin se mencionan algunos de los problemas vibratorios mecnicos ms comunes que provocan la vibracin en mquinas rotativas, lo cual nos ayudara enormemente para interpretar los datos que podamos obtener, determinando as el tipo de vibracin que se presenta y buscar as la debida correccin de las mismas. Desequilibrio o desbalance. Desalineamiento de acoplamientos. Excentricidad. Rodamientos. Lubricacin inadecuada. Juego mecnico. Correas motrices. Problemas de engranajes. Problemas elctricos. Resonancia. Fuerzas aerodinmicas e hidrulicas. Fuerzas reciprocas. Friccin. Mala cimentacin. Mecanismos de Inestabilidad mecnica. 25. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 24 2.2.1 Vibracin debida a Desequilibrio o Desbalance El desequilibrio o desbalance es tal vez la causa ms comn de la vibracin mecnica. Este tipo de vibracin es el efecto producido por el exceso de concentracin de masa en un rotor, incrementando con esto la fuerza centrfuga que es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad de giro dando como resultado un aumento de vibracin. F = m 2 r La frecuencia de vibracin se manifiesta a 1x r.p.m de la pieza desbalanceada. Donde: F = fuerza centrifuga m = masa = velocidad angular o velocidad de giro r = radio 2.2.2 Vibracin por Desalineamiento de Acoplamientos En coples flexibles generalmente se encuentra desalineamiento tanto angular como paralelo o una combinacin de ambos, debido a esto presentar aumento de vibracin. La figura 11 muestra los tres tipos posibles de la desalineacin de los acoplamientos: a).- Paralelo, donde las lneas centrales de los ejes son paralelos se hallan descentradas. b).- Angular, donde la lnea central de los dos ejes forman un ngulo donde se juntan. c).- Combinada, es una desalineacin combinada de paralelo y angular. Una chumacera antifriccin provoca vibracin debido al hecho de que la entrada y la salida de la chumacera tiene cierto desalineamiento angular, esta vibracin ocurre primordialmente en el lado exterior o direccin axial con respecto a la flecha que se monta en la chumacera y tiene una frecuencia a la velocidad del rotor. 26. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 25 Figura 11. Tipos de desalineamiento Puede existir condiciones de desalineacin que no tiene nada que ver con un acoplamiento, por ejemplo, la desalineacin de un cojinete con respecto al eje. En el caso de un cojinete tipo de manga desalineado, como se observa en la figura 12, no habr vibracin a menos que no haya un desequilibrio al mismo tiempo. Habr una vibracin radial as como axial producida por la reaccin del cojinete por el desequilibrio. En dicho caso la verdadera causa de una vibracin de este tipo es el desequilibrio y por eso las lecturas axial y radial se vern reducidas cuando se vuelve a equilibrar la pieza afectada. Figura 12. El desalineamiento de un cojinete de tipo manga con su eje no provocar ms que una vibracin axial si adems hay desequilibrio. 27. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 26 2.2.3 Vibracin causada por Excentricidad La excentricidad es otra de las causas comunes de vibracin en mquinas rotativa. La excentricidad en este caso no significa " ovalizacin ", sino que la lnea central del eje no es la misma que la lnea central del rotor, el centro de rotacin verdadero difiere de la lnea central geomtrica. La excentricidad es en realidad una fuente comn de desbalances, y en ocasiones se debe a un mayor peso de un lado del centro de rotacin que del otro. Un ejemplo para diferenciar entre desbalance y excentricidad es el de un motor elctrico, y consiste en medir la vibracin mientras el motor est funcionando bajo corriente. Luego, se desconecta el motor, observando el cambio de la amplitud de vibracin. Si la amplitud se reduce gradualmente mientras el motor sigue girando por inercia, es muy probable que el problema sea debido a desbalance; Si, en cambio, la amplitud de vibracin desaparece en el momento mismo en que el motor es desconectado, el problema es seguramente de naturaleza elctrica, y es muy posible que se deba a excentricidad del inducido. La excentricidad en rodetes o rotores de ventiladores, sopladores, bombas y compresores puede tambin crear fuerzas vibratorias. En esos casos las fuerzas son el resultado de fuerzas aerodinmicas e hidrulicas desiguales que actan contra el rotor. En la figura 13, se muestran varios formas de excentricidad en diferentes tipos de equipos. Figura 13. Diferentes ejemplos de la excentricidad. 28. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 27 2.2.4 Vibracin provocada por Rodamientos 2.2.4.1 Rodamientos antifriccin defectuosos Los cojinetes antifriccin con defectos de pista, bola o rodillos, normalmente ocasionan una vibracin de alta frecuencia (ver anexo C Tabla de Identificacin de Vibraciones Mecnicas), situacin que suele producirse a una velocidad mayor a la velocidad rotatoria pero sin que sea un mltiplo exacto de las r.p.m del eje. En muchos casos, la vibracin de un cojinete no es uniforme, ya que se observa un ligero movimiento espasmdico en el frecuencimetro. La razn porque se encuentra tanto la frecuencia elevada junto con una frecuencia inestable o espasmdica al examinar los cojinetes antifriccin defectuosos puede buscarse investigando la naturaleza de las fuerzas excitadoras que genera un cojinete defectuoso. Por ejemplo, consideremos la vibracin generada por un cojinete que tenga una bola daada en un sitio plano. A medida que rueda la bola, el desperfecto hace contacto intermitente con las pistas interiores y exteriores del cojinete, lo que produce una vibracin a una y tal vez a dos veces la frecuencia a la que rueda la bola, y como la frecuencia de la bola al rodar ser varias veces las r.p.m del eje la vibracin que resulta ser ms bien elevada en comparacin con la frecuencia de la velocidad rotatoria. La amplitud de la vibracin depender de cun defectuoso es el cojinete. 2.2.4.2.Chumaceras defectuosos Elevados niveles de vibracin, ocasionados por rodamientos de chumacera defectuosos, son generalmente el resultado de un juego excesivo (causada por desgaste debido a una accin de barrido o por erosin qumica), desprendimiento de material (metal blando suelto en el alojamiento), o problemas de lubricacin.[2] a. Holgura excesiva de los rodamientos Un rodamiento de chumacera con holgura hace que un defecto de relativamente menor importancia, tal como un leve desbalance o una pequea falta de alineamiento, u otra fuente de fuerzas vibratorias, se transformen como resultado de juego mecnicos o en golpes repetidos. [2] OBSERVESE BIBLIOGRAFIA 29. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 28 En tales casos el rodamiento en si no es lo que crea la vibracin; pero la amplitud de la misma seria mucho menor si la holgura de los rodamientos fuera correcta. A menudo se puede detectar un rodamiento de chumacera desgastado por "barrido" efectuando una comparacin de las amplitudes de vibracin horizontal y vertical. Las mquinas que estn montadas firmemente sobre una estructura o cimentacin rgidas revelaran, en condiciones normales, una amplitud de vibracin ligeramente ms alta en sentido horizontal.[2] b. Torbellino de aceite Este tipo de vibracin ocurre solamente en mquinas equipadas con rodamientos de chumacera lubricados a presin, y que funcionan a velocidades relativamente altas, normalmente por encima de la segunda velocidad critica del motor. La vibracin debida a torbellinos de aceite a menudo es muy pronunciada, pero se reconoce por su frecuencia fuera de lo comn. Dicha frecuencia es apenas menor de la mitad de la velocidad de rotacin (en r.p.m.) del eje, que es generalmente en el orden del 46 al 48% de las r.p.m. del eje. El problema de los torbellinos de aceite normalmente se atribuye a diseo incorrecto del rodamiento, desgaste excesivo del rodamiento, un aumento de la presin del lubricante o un cambio de la viscosidad del aceite.[2] 2.2.4.3 Cojinetes tipo manga Los problemas que se encuentran con los cojinetes de manga y que producen niveles de vibracin elevados, por lo general, son el resultado del juego excesivo en los cojinetes (producido a su vez por el frotamiento o erosin qumica), aflojamiento (esto es, que se suelta el babit dentro del casco), o por problemas de lubricacin. 30. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 29 Un cojinete de manga con juego excesivo puede permitir que un desequilibrio o desalineacin relativamente mnimo u otra fuerza vibratoria de lugar a un juego mecnico o martilleo. En el ltimo caso, el cojinete mismo no es la verdadera causante pero lo que sucede es que permite mayor vibracin de lo que hubiera si fuesen correctas las tolerancia del cojinete. Un cojinete que ha sido refundido y frotado a menudo se detecta comparando las amplitudes vibracionales vertical y horizontal. Normalmente las mquinas montadas rgidamente sobre una base o estructura ms elevada en el plano horizontal. En varios casos en los que se presenta una amplitud vertical anormalmente alta en comparacin con la horizontal se descubri que la causaba el cojinete refundido. Otro problema que se asocia con los cojinetes de manga es el movimiento giratorio del aceite. Este tipo de vibracin no se produce ms que con los equipos provistos de cojinetes de manga lubricados a presin que trabajen a velocidad del rotor. La vibracin que se da al girar el aceite es a menudo muy severa, por lo que resulta es una frecuencia que se presenta que es levemente menor (del 5% al 8%) que la mitad de las r.p.m del eje. Por ejemplo a 8600 puede darse un movimiento giratorio del aceite de una frecuencia de 4000 c.p.m. Hay disponibles algunas configuraciones especiales de cojinetes de manga destinadas a reducir la posibilidad de provocar ese movimiento giratorio del aceite. Algunos de estos diseos aparecen ilustrados en la figura 14. Normalmente la aplicacin del cojinete ranurado axial se limita a los de tamao reducido como los que se instalan en las turbinas de gas livianas y los turbocompresores. El cojinete de tres lbulos imparte al cojinete mejor estabilidad contra el movimiento giratorio del aceite ya que las tres superficies distintas del cojinete sirven para generar pelculas de aceite bajo presin que tienden a centrar el eje. En algunos casos se incluyen tambin ranuras en la interseccin de las distintas superficies del cojinete de lbulos para aumentar su resistencia al movimiento del aceite se selecciona a menudo el cojinete de cojines inclinables para aplicaciones como de maquinaria industrial de tamao grande. Al igual que el cojinete de lbulos cada segmento a cojn provoca su propia cua de aceite bajo presin que tiende a centrar el eje dentro del cojinete. Esta caracterstica inclinable permite que cada cojn siga el eje lo que mejora el amortiguamiento del sistema as como su estabilidad general.[2] 31. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 30 Figura 14. Diferentes configuraciones de cojinetes especiales para reducir la posibilidad de provocar un movimiento giratorio del aceite Otro problema que encuentra en las mquinas equipadas con cojinetes de manga se llama Giro por Friccin o El Giro por Histresis vibracin que se parece en muchas maneras al movimiento giratorio del aceite excepto que es vibracin que se produce en los rotores que sean operados a una velocidad superior a su primera velocidad critica por lo que la frecuencia vibracional ser siempre la de la velocidad critica del rotor, por ejemplo, si gira un rotor a 3600 r.p.m y su primera velocidad critica es de 2200 r.p.m, se produce un giro de histresis a la frecuencia de 2200 c.p.m. Como se podr ver, se trata de una vibracin que puede no tener la frecuencia caracterstica de algo menos de las r.p.m que se asocia con el movimiento giratorio del aceite, pero en el caso de las mquinas que funcionen cerca de su segunda velocidad crtica o por encima de ella, la frecuencia del giro por histresis podrn coincidir con la del movimiento giratorio del aceite, lo que dar lugar a un problema vibracional extremadamente grave.[2] 32. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 31 Cuando se encuentra con el movimiento giratorio provocado por histresis, la solucin acostumbrada es de aumentar el amortiguamiento estacionario de los cojinetes y la estructura, lo podr hacerse recurriendo a un cojinete de un cojn inclinable u otro diseo especial de cojinete. 2.2.5 Vibracin a una Lubricacin Inadecuada Una inadecuada lubricacin, incluyendo la falta de lubricacin y el uso de lubricantes incorrectos, puede ocasionar problemas de vibracin en un rodamiento de chumacera. En semejantes casos la lubricacin inadecuada causa excesiva friccin entre el rodamiento estacionario y el eje rotante, y dicha friccin induce vibracin en el rodamiento y en las dems piezas relacionadas. Este tipo de vibracin se llama " dry whip ", o sea ltigo seco, y es muy parecido al pasar un dedo mojado sobre un cristal seco. La frecuencia de la vibracin debida al ltigo seco generalmente es muy alta y produce el sonido chilln caractersticos de los rodamientos que estn funcionando en seco. No es muy probable que dicha frecuencia sea algn mltiplo integral de las r.p.m. del eje, de manera que no es de esperarse ningn patrn significativo bajo la luz estroboscpica. En este al respecto, la vibracin ocasionada por el ltigo seco es similar a la vibracin creada por un rodamiento antifriccin en mal estado.Toda vez que se sospeche que un ltigo seco sea la causa de la vibracin se deber inspeccionar el lubricante, el sistema de lubricacin y la holgura del rodamiento.[2] 2.2.6 Vibracin al Juego Mecnico El juego mecnico y la accin de golpeo (machacado) resultante producen vibracin a una frecuencia que a menudo es 2 x r.p.m , y tambin mltiplos ms elevados, de las r.p.m. La vibracin puede ser resultado de pernos de montaje sueltos, de holgura excesiva en los rodamientos, o de fisuras en la estructura o en el pedestal de soporte. La vibracin caracterstica de un juego mecnico es generada por alguna otra fuerza de excitacin, como un desbalance o una falta de alineamiento. Sin embargo, el juego mecnico empeora la situacin, transformando cantidades relativamente pequeas de desbalance o falta 33. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 32 de alineamiento en amplitudes de vibracin excesivamente altas. Corresponde por lo tanto decir que el juego mecnico permite que se den mayores vibraciones de las que ocurriran de por s, derivadas de otros problemas. La naturaleza del juego mecnico y la razn por que ocasiona una vibracin a la frecuencia de 2 x r.p.m se explica refirindose a la secuencia que aparece en la figura 15. Se representa en la misma un rotor desequilibrado montado en un cojinete por medio de pernos de montaje flojos. En la figura 15A el lugar pesado en posicin de 6 horas en donde la fuerza del desequilibrio dirigida hacia abajo lo que tiende a forzar el cojinete contra su pedestal. En la figura 15B, en cambio el lugar pesado ha llegado a la posicin de 12 horas por lo que la fuerza de desequilibrio que resulta se ve dirigida hacia arriba. Esta fuerza hacia arriba tiende a levantar del cojinete del pedestal segn se observa. En la figura 15C, se encuentra el lugar pesado a la posicin de 3 horas en la que la fuerza de levante del desequilibrio es de cero. Por lo tanto, el cojinete no har sino caerse contra el pedestal. Como se podr ver, se trata de una accin que aplica dos fuerzas por cada vuelta que da el eje, una fuerza aplicada por el desequilibrio rotativo y la segunda al caerse el cojinete contra el pedestal. De aqu que una frecuencia de vibracin de 2 x r.p.m. Figura 15. Mecanismo de soltura mecnica. 34. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 33 Nota: Un juego mecnico excesivo es muy probable que sea la causa primaria de los problemas cuando la amplitud de la vibracin 2 x r.p.m es ms de la mitad de la amplitud a la velocidad de rotacin,1x r.p.m.[3] 2.2.7 Vibracin a causa de Bandas de Accionamiento Las bandas de accionamiento del tipo en "V" gozan de mucha popularidad para la transmisin del movimiento puesto que tienen una alta capacidad de absorcin de golpes, choques y vibraciones. Los problemas de vibracin asociados con las bandas en "V" son clasificados generalmente por: Reaccin de la banda a otras fuerzas, originadas por el equipo presente, que causan alteraciones. Vibraciones creadas por problemas de la banda en s. Las bandas en "V" son consideradas a menudo como fuente de vibracin porque se pueden observar que las bandas saltan y se sacuden entre poleas. Por lo general, el reemplazo de las bandas es a menudo una de las primeras tentativas de correccin de los problemas de vibracin. Muchas veces se echa la culpa a las correas en V como causantes de la vibracin porque a menudo los tramos flexibles entre las poleas pueden verse en vaivn y dando latigazos. Como la vibracin de las correas es ms visible que la de otras partes de la mquina y como las correas son generalmente las piezas ms fciles de cambiar, el reemplazo de una correa es a menudo lo primero que se hace al querer corregir un problema de vibracin. Sin embargo, puede ser que la correa reaccione a otras fuerzas turbadoras de la mquina. Por ejemplo, un desequilibrio excesivo, poleas excntricas, la desalineacin o juego mecnico pueden ocasionar una vibracin fcil de ver, en la correa. As que la correa puede ser o no ms que una indicacin de otros disturbios habidos en el equipo. [3] OBSERVESE BIBLIOGRAFA Y EN NOTAS SUBSECUENCTES 35. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 34 La tensin incorrecta de una correa, la desalineacin de las poleas, las poleas mal equipadas o los requisitos de carga o de potencia que causan el desalineamiento de las correas tambin puede producir vibracin de alta frecuencia debido a la friccin que se genera por el frotamiento de la correa sobre las poleas. Nota: Si es defecto de la banda la frecuencia de vibracin ser un mltiplo integral 1,2,3 4 de las r.p.m de la banda. El mltiplo verificado depender de la naturaleza del problema y de la cantidad de poleas, que estn presentes en el sistema.[3] Para determinar las r.p.m de una banda se calcula de la siguiente manera: r.p.m. de la banda = ( 3.14 x dimetro de la polea x r.p.m de la polea) / longitud de la banda. Se puede obtener un funcionamiento suave de las transmisiones por correa en V, observando las precauciones sencillas que siguen: 1. Asegrese de que las correas estn en buen estado. 2. Revise el nmero de correas, su tamao, si es que cumplen con los requisitos de los equipos en lo que respecta al caballaje y carga. 3. En el caso de instalaciones compuestas de correas mltiples, utilice correas en que la tensin est repartida a todas las correas por igual. 4. Revise la redondez de las poleas y su alineacin una con otra. 5. Revise el desgaste habido en las ranuras de las poleas ya que de ser excesivo podr permitir que la correa no est en contacto ms que con el fondo de la ranura lo que ocasiona el desalineamiento y la ineficiencia . 6. Revise que las correas estn debidamente instaladas, ajustadas a la tensin correcta segn recomienda el fabricante de la misma. 7. Por fin, trabaje por mantener reducidas todas las dems fuerzas turbadoras de la mquina. 36. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 35 2.2.8 Vibracin a Problemas de Engranaje La vibracin que resulta de problemas de engranaje se caracteriza por que normalmente ocurre a una frecuencia igual a la frecuencia de engrane, es decir, la cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las r.p.m. del engranaje que falla. Los problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado una vibracin que comprenden el desgaste excesivo, inexactitud en los dientes, fallas de lubricacin y materias extraas atrapadas entre los dientes. No todos los problemas de engranajes generan frecuencias de vibracin iguales a las frecuencias de engrane. Si un engranaje tiene un solo diente roto o deformado, por ejemplo, el resultado puede ser una frecuencia de vibracin de 1 x r.p.m. Mirando la forma de onda de esa vibracin en un osciloscopio conectado con un analizador, la presencia de seales de impulso permitir distinguir entre este problema y las dems averas que tambin generan frecuencias de vibracin de 1 x r.p.m. Desde luego, si hay ms de un diente deformado, la frecuencia de vibracin es multiplicada por una cantidad correspondiente. La amplitud y frecuencia de vibracin debida a los engranajes pueden tambin parecer errticas a veces. Dicho tipo de vibracin errtica ocurre normalmente cuando un conjunto de engranajes est funcionando en condiciones de carga muy liviana. En tales condiciones la carga puede desplazarse repetidamente de un engranaje a otro de modo irregular. Nota: Los problemas de rodamientos son predominantes en el punto de falla de los mismos, mientras que los problemas de engranajes pueden ser detectados en dos o ms puntos de la mquina.[3] 37. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 36 2.2.9 Vibracin generada por Fallas Elctricas La vibracin en la maquinaria elctrica tal como los motores, generadores y alternadores suelen ser de origen mecnico o elctrico. Est tipo de vibracin es normalmente el resultado de fuerzas magnticas desiguales que actan sobre el rotor o sobre el estator. Dichas fuerzas desiguales pueden ser ocasionadas por: Rotor que no es redondo. Chumaceras del inducido que son excntricas. Falta de alineamiento entre el rotor y el estator; entrehierro no uniforme. Devanados abiertos o en corto circuito. Hierro del rotor en corto circuito. En general, la frecuencia de vibracin resultante de los problemas de ndole elctrica ser 1 x r.p.m, y por tanto se parecer a desbalance. Una manera sencilla de hacer la prueba para verificar la presencia eventual de vibracin elctrica es observar el cambio de la amplitud de la vibracin total (filtro fuera) en el instante en el cual se desconecta la corriente de esa unidad. Si la vibracin desaparece en el mismo instante en que se desconecta la corriente, el problema con toda posibilidad ser elctrico. Si solo decrece gradualmente, el problema ser de naturaleza mecnica. Las vibraciones ocasionadas por los problemas elctricos responden generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor. A medida que se modifica la carga, la amplitud y / o las lecturas de fase pueden indicar cambios significativos. Esto explica por qu los motores elctricos que han sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios drsticos de los niveles de vibracin cuando vuelven a ser puestos en servicio. 2.2.10 Vibracin ocasionada por la Resonancia En algunos casos se tiene el hecho de que la resonancia del sistema coincide o est prximo a la velocidad de operacin de algn componente dentro del sistema, y las vibraciones que en otro 38. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 37 caso son pequeas, aumentan. Esta causa puede definirse parando el equipo y observando la forma en que vara la amplitud de vibracin conforme el equipo se va deteniendo. Si se encuentra el problema de resonancia existen varios modos de corregirlo, siendo uno el de cambiar la frecuencia de la fuerza excitadora para que deje de coincidir con la frecuencia natural de la mquina o estructura. Esto se puede realizar aumentando o disminuyendo las r.p.m. de la mquina. Si en cambio, no se puede variar la frecuencia excitadora, se puede an corregir el problema cambiando la frecuencia natural de la misma. Dos cosas determinan cul ser la frecuencia natural de un objeto, su tiesura y masa (peso). As que se puede aumentar o disminuir la frecuencia natural o aumentando la tiesura o masa del objeto en cuestin. Claro que se podra evitar la resonancia eliminando la fuerza excitadora. El equilibrado, por ejemplo, hasta niveles ms bajos que los normales servirn a veces para reducir los efectos de la vibracin provocada por la resonancia. Sin embargo, en muchos casos el tratar de eliminar la fuerza excitadora por equilibrado y alineacin resultar difcil. La mejor solucin en el caso de un problema de resonancia es de separar las frecuencias naturales de las excitadoras. 2.2.11 Vibracin originada por Fuerzas aerodinmicas e hidrulicas Las mquinas que trabajan con fluidos como el aire, agua, etc, tendrn a menudo vibracin debida a la reaccin de las aletas o paletas del impulsor al dar con el fluido. Las vibraciones de este tipo son las que se observan a menudo en las bombas, abanicos y sopladores pudindose identificar debida a que la frecuencia que resulta ser igual al nmero de aletas o paletas del impulsor multiplicada por las r.p.m de la mquina. De resultar excesiva la vibracin aerodinmica o hidrulica sin encontrar condicin de resonancia, puede ser que el problema se deba al diseo equivocado de la mquina, la tubera o conductos asociados con la misma. Por ejemplo, cualquier cosa que tape el paso del gas o lquido o la presencia de codos abruptos de 90 que retarden la circulacin produce una vibracin de dicho tipo. 39. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 38 Los dems problemas de vibracin asociados con el movimiento de los lquidos y gases comprenden la cavitacin, recirculacin y turbulencia del flujo los cuales son tratados en conjunto puesto que las caractersticas vibratorias que presentan son, por lo general, muy semejantes. La vibracin que producen dichos problemas sern, a veces, de naturaleza casual. A distincin de la vibracin estable que produce el desequilibrio o la desalineacin, la vibracin casual no tienen caractersticas especficas de frecuencia y / o amplitud. La cavitacin se produce ordinariamente cuando funciona una bomba con capacidad excesiva o bajo una presin de vaco reducida. El fluido que entra a la bomba queda desecho al querer llenar el vaco que existe, lo que crea bolsas o cavidades de vaco casi perfecto, altamente inestables que se derrumban o implotan muy rpido. Debido a su naturaleza impactiva, estas implosiones lo que hace es excitar las frecuencias naturales locales de la caja de la bomba, el impulsor y otras partes asociadas, y como dichas implosiones se producen a intervalos totalmente casuales en varios sitios dentro de la bomba, la vibracin que resulta tendr amplitudes y frecuencias tambin casuales. En algunos casos en los que el fluido sufre una cada considerable de presin en la vlvula, en la bomba o en los sitios donde hay cambios en el dimetro de la tubera, los gases disueltos pueden ser separados o puede que el lquido hierva. Se trata de una condicin que tambin se llama cavitacin y que tiene la mismas caractersticas casuales en lo que respecta a la amplitud y frecuencia vibracionales. Se reproducir la recirculacin cuando funcione una bomba a una capacidad reducida o a una presin de vaco elevada. En otras palabras, la restriccin que se aplica al caudal en la salida de la bomba devuelve del fluido sobrante desde la descarga hasta el impulsor, retroflujo junto con la mezcla de fluidos que corren en direcciones contrarias, da lugar a vibraciones casuales del mismo modo que la cavitacin. La turbulencia en el flujo resulta de la resistencia al paso normal del lquido o gas. Esta resistencia puede ser ocasionada por la presencia de obstrucciones, recodos o por la friccin superficial entre el fluido y el conducto o la tubera. Otra causa de dicha turbulencia proviene de 40. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 39 mezclar fluidos de alta velocidad con los de baja velocidad. Como por ejemplo, lo que pasa en el motor a chorro cuando se mezclan los gases de escape de alta velocidad con el aire exterior. Aunque los niveles de ruido que ah se generan sean muy elevadas, la mezcla en cuestin tiene lugar fuera del motor por lo que no se crea sino una vibracin de motor mnima. Puede ser inherente alguna vibracin casual por la turbulencia en el funcionamiento normal de los abanicos, sopladores, bombas, compresores, turbinas de gas, etc. En el caso de niveles excesivos de vibracin ordinariamente basta una inspeccin del sistema junto con lecturas sobre la vibracin tomadas en la mquina y por la tubera o conductos asociados para identificar el problema. En algunos casos se hace necesario disear de nuevo el sistema, como se ve en la figura 16 en que se cambia el sistema de conductos de un abanico. En la ejecucin original el codo de ngulo recto dio lugar a la turbulencia y la vibracin excesiva del sistema. Un nuevo diseo de los conductos con el empleo de dos tramos de 45 junto con las aletas direccionales redujo tanto la turbulencia como la vibracin en los conductos de manera significativa. Figura 16 . La vibracin excesiva que se debe al flujo turbulento en los conductos de aire puede que requiera de un cambio de diseo. 41. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 40 2.2.12 Vibracin producida por Fuerzas Reciprocas Todas las mquinas que tengan un movimiento de vaivn como los compresores de gas o diesel presentarn normalmente vibraciones producidas por el movimiento oscilante inherente en la construccin y funcionamiento de la mquina. Estas vibraciones inherentes resultan de la inercia de las partes reciprocas ms las presiones variables sobre los pistones que provocan a su vez variaciones de torsin. Los problemas de las mquinas reciprocas que provocan una vibracin excesiva pueden ser mecnicas o funcionales. Los problemas mecnicos que se han tratado anteriormente incluyendo el desequilibrio, la desalineacin, los ejes deformados, juego, cojinetes defectuosos, etc. Los problemas funcionales que provocan la vibracin son el paso por soplado y las vlvulas que se pegan o dejan escapes as como los problemas de inyector o encendido. En muchos casos las caractersticas vibracionales que se deben a los problemas mecnicos y funcionales sern casi idnticos. As es que resulta a veces difcil identificar el problema exacto sin ms evaluacin de los datos analticos. Hay varios modos posibles de distinguir entre los problemas funcionales y los mecnicos. Por ejemplo, un problema funcional tal como el encendido defectuoso ir acompaado normalmente de una disminucin considerable en la eficiencia de la mquina as como una vibracin excesiva. En cambio, un problema mecnico como el desequilibrio puede presentar poco o ningn cambio en la eficiencia global. Adems, los problemas funcionales tienden a crear fuerzas reciprocas desiguales y as pueden provocar un mayor aumento en la vibracin en el sentido paralelo al movimiento oscilante pero poco aumento en la vibracin habida en una direccin perpendicular a dicho movimiento. Los problemas mecnicos tales como el desequilibrio o la desalineacin ordinariamente presentarn un aumento considerable en dos o ms direcciones. 42. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 41 2.2.13 Vibracin por Friccin La friccin entre las partes rotativas y estacionarias de una mquina puede hacer que la vibracin tenga, adems de la frecuencia a la velocidad rotativa, otra frecuencia a dos veces la velocidad rotativa. Si el frotamiento es continuo, luego ser difcil que se noten caractersticas vibracionales particulares. Sin embargo puede haber una frecuencia muy elevada de vibracin debido a la friccin que excita las frecuencias naturales del sistema. La friccin en los sellos de una turbina de vapor u otra mquina grande har que haya cambios de amplitud y de fase de un turno a otro sin que haya habido cambios en el sistema. Por ejemplo, una turbina de vapor que funcione a 3600 r.p.m podr tener una amplitud y fase estables a la frecuencia de la velocidad rotatoria. Sin embargo, una reduccin de la velocidad hasta 1800 r.p.m. volviendo a aumentarla despus a 3600 r.p.m. producir a menudo una nueva amplitud y / o de fase de vibracin, lo que parece indicar que el punto de frotamiento vara de un turno a otro. Claro que se trata de una condicin que debe ser corregida antes de llevar a cabo el equilibrio. La friccin, de existir resulta casi siempre de un eje deformado, de componentes rotos o averiados o de una distorsin del sistema que se revele por otras caractersticas vibracionales. 2.2.14 Vibracin a una Mala Cimentacin La cimentacin deber ser permanente y rgida, preferentemente de concreto, acero o una combinacin de stas, para evitar vibraciones en la bomba y tubera. Para no tener flexiones de la estructura de su base es recomendable que la cimentacin quede junto a muros o viguetas, para amortiguar as cualquier vibracin. Al construir la cimentacin, se debe dejar margen para poner lechada de concreto entre la superficie spera del concreto y la cara interior de la placa de base. Cuando la mayora de las unidades de bombeo se montan en planchas de base, el equipo muy grande puede montarse directamente sobre la cimentacin. En estos casos se deben suministrar placas de zapata bajo la bomba y el impulsor. De esta manera, el alineamiento puede corregirse 43. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 42 con lainas y se puede desmontar y reponer la unidad sin dificultad, si es necesario. Ordinariamente, la placa de la base se fija con lechada de concreto antes de hacer las conexiones de tubera y antes de verificar finalmente la alineacin de los dos medios acoplamientos. El propsito de fijar la placa de base con lechada de concreto es evitar el movimiento lateral de ella y aumentar su masa para reducir la vibracin. 2.2.15 Vibracin a Mecanismos Inestables Se han experimentado muchas causas de alta vibracin, debidas a la inestabilidad. La causa ms comn probablemente ha sido la formacin de remolinos en la pelcula de aceite, lo cual se ha asociado con los cojinetes de arco fijo de alta velocidad, intensamente cargados. El uso de cojinetes de zapatas basculantes, que tienen efectos en extremos pequeos de acoplamiento cruzados de la pelcula de aceite, ha sido la solucin para este tipo de problemas. La inestabilidad con rotores que tienen piezas, como las ruedas, zunchadas a las flechas. Este problema se evita al disear rotores con ruedas integrales, collarines de empuje y bridas de acoplamiento. Los rotores que tienen agujeros taladrados o cavidades internas pueden quedar sujetos a inestabilidad debido a fluidos atrapado. Con las prcticas moderna de forja, los controles de procesos y los resultados de la inspeccin ultrasnica, los rotores de turbina de transmisin mecnica no han requerido agujeros taladrados para la eliminacin de los indicadores de la lnea de centros o para inspecciones snicas de los agujeros centrales. Suelen requerirse agujeros taladrados para los rotores ms grandes, en cuyo caso, el agujero se sella en cada extremo para impedir que se atrape fluido. Otro tipo de inestabilidad han sido causados por un sello estrecho y no uniforme, o bien, por los intersticios en las puntas de los labes. Tambin ha causado problemas la friccin por contacto o por que casi se realiza un contacto. 44. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 43 Los criterios de estabilidad que se han desarrollado para que las fuerzas en la pelcula de aceite del cojinete y para las fuerzas del vapor tienen xito para dar seguridad en que no ocurrir la clsica vibracin asociada con la inestabilidad. Nota: Ver el anexo C, tabla de identificacin de vibraciones mecnicas para las observaciones correspondientes del autor IRD-MECHANALYSIS. 45. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 44 2.3 MANTENIMIENTO INTRODUCCION La necesidad del mantenimiento se encuentra presente en cualquier lugar, principalmente en donde existe movimiento, tal es el caso de las maquinas que en su afn de transformacin de una energa en otra, se encuentran sometidas a un movimiento que implica dicha transformacin, por lo que son un ejemplo claro de esta necesidad. Todo movimiento por mnimo que sea, provoca desgaste entre los elementos actuantes y este es el agente principal que hace que las componentes de las mquinas sufran un desgaste y en consecuencia ocasionen una falla ya sea mnima o una falla total en nuestro sistema. Aunque existen otros factores ajenos al movimiento que en ocasiones provocan las fallas, como pueden ser: Mala operacin del equipo Errores de diseo Mala calidad de fabricacin de componentes substitutos Una mala ejecucin del mantenimiento 2.3.1 Objetivo del Mantenimiento El objetivo de un mantenimiento es: Dirigir los esfuerzos diferidos bajo un sistematizado plan maestro con objetivos econmicos definidos de: Disminucin de costos de produccin por falla en los equipos Disminucin de imprevistos Aumento de confiabilidad El cambio peridico de lubricantes, la observacin de un cambio de comportamiento en un equipo, comprobar la accin de un transmisor de vlvula de control, palpar o revisar la temperatura en una caja de rodamientos, inspeccionar el aceite de un transformador, radiografiar 46. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 45 una soldadura, etc. Todo esto con actitud critica son tcnicas adecuadas que se deben seguir dentro de un mantenimiento predictivo y / o preventivo. 2.3.2 Definicin del Mantenimiento El mantenimiento es uno de los factores indispensables para el buen funcionamiento y desarrollo de las plantas industriales. Se puede definir como: El conjunto de tcnicas y sistemas que actuando sobre los medios de produccin permiten: Reparar las averas que se presenten. Prever estas averas mediante revisiones y otras tcnicas ms complejas como tcnicas de estadsticas, seguimiento y diagnstico de mquinas. Especificar las normas de manipulacin y buen funcionamiento de los operadores de las mquinas. Perfeccionar diseos sucesivo de los medios. 2.3.3 Finalidad del Mantenimiento La finalidad del mantenimiento sta orientada hacia: Largas corridas de operacin a mximas producciones de calidad aceptable Operacin correcta y eficiente de los equipos Operacin segura con mnimos riesgos Adecuado aprovechamiento de los recursos Optimizacin de la vida del capital invertido Almacenamiento realista y econmicos de partes de cambio 2.3.4 Clasificacin del Mantenimiento 2.3.4.1 Mantenimiento Predictivo Consiste en el anlisis de parmetros de funcionamiento cuya evolucin permite detectar un fallo antes de que este tenga consecuencia ms graves. 47. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 46 En general, el mantenimiento predictivo, consiste en estudiar la evolucin temporal de ciertos parmetros y asociarlos a la evolucin de fallos, para as determinar en que periodo de tiempo, ese fallo va a tomar una relevancia importante, para as poder planificar todas las intervenciones con tiempo suficiente, para que ese fallo nunca tenga consecuencias graves. Una de las caractersticas ms importantes de este tipo de mantenimiento es que no debe alterar el funcionamiento normal de la planta mientras se est aplicando. Se consideran como pruebas No Destructivas, y generalmente la inspeccin de los parmetros se puede realizar de forma peridica o de forma continua, dependiendo de diversos factores como son: el tipo de planta, los tipos de fallos a diagnosticar y la inversin que se quiera realizar. Las tcnicas usadas para diagnosticar son: Visuales Audibles Ultrasnicas Radiaciones Anlisis de laboratorio Temperatura Electromagnticas Vibraciones Ventajas del mantenimiento predictivo: 1. Es realizado al momento, y facilita el anlisis de las averas. 2. Permite evaluar el equipo y aporta datos en cualquier momento de su vida til, desde el Arranque, Operacin Normal y Obsolescencia. 3. Reduce el tiempo de paro al conocerse exactamente que rgano es el que falla. 4. Menos arriesgado. 5. No solo es anticipativo si no adems evala soluciones alternativas y recursos an con el equipo en operacin. 48. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 47 6. La verificacin del estado de la maquinaria, tanto realizada de forma peridica como de forma accidental, permite confeccionar un archivo histrico del comportamiento mecnico y operacional muy til en estos casos. 7. Evita sustituir en forma rutinaria partes costosas de los equipos. 8. Conocer con exactitud el tiempo lmite de actuacin que no implique el desarrollo de un fallo imprevisto. 9. Optimizar los programas de mantenimiento reduciendo las fallas imprevistas. 10. Requiere una plantilla de mantenimiento ms reducida. 11. Permite el anlisis estadstico del sistema. Con la aplicacin adecuada, el mantenimiento predictivo es una herramienta muy valiosa en la reduccin de fallas. Uno de los puntos que podemos considerar muy importantes en el mantenimiento predictivo es la reduccin de los tiempos muertos, utilizar correctamente el inventario, reduccin de tiempos extras, reduccin de compras de piezas emergentes, lo cual se refleja en un mayor rendimiento de los presupuestos hechos principalmente a los departamentos encargados de mantenimiento. 2.3.4.2 Mantenimiento Preventivo El mantenimiento preventivo tambin llamado de Sustitucin preventiva de Partes, es aplicado para prevenir fallas y prolongar la vida del equipo por medio de inspecciones programadas y cambio peridico de partes. Este mantenimiento ocasionalmente puede originar problemas as como gastos extraordinarios por cambio prematuro y sacrificio de horas de vida til de partes reemplazadas, por lo que es fcil caer en exageraciones y abusos. El objetivo principal que se persigue con la aplicacin de este mantenimiento, es el de reducir el tiempo de paro del equipo, o lo que es lo mismo, prolongar el tiempo de operacin, reduciendo la frecuencia de falla y la depreciacin del equipo como resultado de ellas. El mantenimiento preventivo se basa en los siguientes conceptos: Qu partes deben inspeccionarse y con que frecuencia? , como por ejemplo: 49. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 48 Sistema de lubricacin. Limpieza general de carcazas. Limpieza y revisin de ases de tubos en intercambiadores de calor. Limpieza y revisin de coples . Pruebas de presin en intercambiadores de calor y calderas. Sistema de ignicin. Ajuste de poleas y bandas. Reapriete de bases. Limpieza de vlvulas de gobierno y corte rpido en turbinas de vapor. Verificacin de alineamiento. Verificar y corregir fugas por estoperos de bombas. Verificar y corregir fugas por estoperos de vlvulas. Ventajas del mantenimiento preventivo 1. Reducciones de paros por emergencia que aumentan la produccin. 2. Menos reparaciones repetitivas, por lo tanto, menos equipos especializados y trabajadores de mantenimiento. 3. Menos inversiones en substituciones prematuras de equipo. Si este est mejor conservado. 4. Mayor control del trabajo, al tener un mantenimiento programado. 5. Mayor seguridad para los trabajadores y mejor proteccin para la planta. 6. Mejor control de inventario de accesorios y refacciones. 7. Mejor informacin para la toma de decisiones tcnicas. 2.3.4.3 Mantenimiento Correctivo Este mantenimiento se efecta cuando se requiere corregir y / o eliminar alguna falla o deficiencia en un equipo que pueda ser debida a lo siguiente: 50. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 49 Ajuste interior del equipo. Desgaste de alguna o algunas partes del equipo. Destruccin de alguna falla. El mantenimiento Correctivo o de Reposicin por falla, permite que el equipo opere hasta que la falla ocurra. Este mantenimiento requiere de poca planeacin, pero no es aceptable en plantas industriales grandes por que todos los trabajos se desarrollan fundamentalmente por la emergencia que provoca un empleo deficiente de mano de obra y material inadecuado. Sin embargo, sta clase de mantenimiento resulta muy til en la mediana o pequea industria donde no es indispensable un sistema de organizacin avanzada, ya que su funcin consiste en corregir fallas y ejecutar reparaciones parciales o totales de equipos donde las fallas son frecuentes. Factores que implica un mantenimiento correctivo Mala operacin del equipo. Mal trato. Abandono. Desconocimiento de la operacin. Sobrecarga. Fatiga y Desgaste. Son algunos de los factores que intervienen en la ocurrencia de fallas complicando su diagnostico. 2.3.5 Equipos de inspeccin y diagnostico para el mantenimiento predictivo Los instrumentos electrnicos que sirven para medir las vibraciones mecnicas se clasifican por lo general: Medidores. Monitores. Analizadores. 51. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 50 El vibrmetro, figura 17, es un instrumento porttil pequeo que sirve para revisar peridicamente la vibracin habida en las mquinas rotativas para determinar el nivel de vibraciones global. Figura 17. Un medidor de vibracin se utiliza para revisar peridicamente la vibracin de la mquina para detectar cualquier problema inminente. Un monitor de vibraciones, figura 18, es semejante a un vibrmetro o medidor de vibraciones que trabaja instalado permanente o semi - permanente a fin de proporcionar una proteccin constante contra la vibracin mecnica excesiva. Normalmente los monitores de vibracin incorporan rels de alarma en conjunto con niveles de vibracin prefijados advirtiendo cuando la vibracin rebase un nivel dado. Hay algunos monitores que hasta ponen en marcha la secuencia que lleva el paro de la unidad si alcanza la vibracin un nivel crtico. 52. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 51 Figura18. Los monitores de vibracin estn instalados de modo permanente para proporcionar proteccin continua da y noche de la maquinaria de importancia critica. El analizador que aparece en la figura 19, incorpora un filtro sintonizable para separar las frecuencias individuales de las vibraciones complejas. Tambin se incluye una luz estroboscpica que se alumbra en sincronismo con la vibracin, la cual constituye una ayuda valiosa en los anlisis de los problemas mecnicos y en el equilibrado dinmico. Sea cul sea el tipo de instrumento de que se valga para medir la vibracin (medidor, monitor o analizador) el centro del sistema de medicin es el captador o transductor. Un transductor no es ms que un dispositivo sensor que convierte una forma de energa en otra. El captor de vibraciones convierte la vibracin mecnica en seal elctrica. A continuacin se mencionan los tipos de transductores ms utilizados: 53. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 52 Figura 19. Un analizador de vibraciones tienes todos los elementos necesarios para diagnosticar los problemas mecnicos 2.3.5.1 Captador (sensor)de vibracin tipo velocidad ssmica. La figura 20, es un diagrama esquemtico del captador tipo velocidad ssmica que detalla sus componentes principales. Se trata de un sistema consistente en una bobina de alambre fino que sostiene unos soportes de baja tiesura. Un imn permanente esta fijado firmemente a la caja del captador, creando un campo magntico fuerte alrededor de la bobina suspendida. Cuando se sujeta la caja del captador de velocidad a la pieza que vibra o al apoyarla contra la misma, el imn permanente (estando conectado firmemente a la caja) sigue el movimiento vibratorio. 54. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 53 Figura 20. Construccin bsica de un captador de vibracin tipo velocidad ssmica. La bobina de alambre (o conductor) en cambio, como esta sostenida por los resortes de baja tiesura, sigue estacionaria en el espacio. Bajo dichas condiciones, el movimiento relativo que hay entre el campo magntico y el conductor bobinado es idntico al movimiento de la pieza que se estudia con relacin a un punto fijo en el espacio lo que hace que el voltaje que genere el captador este en funcin directa con dicho movimiento relativo. Mientras mas rpido se produce el movimiento, mayor el voltaje. En otras palabras, el voltaje que sale del PICKUP es directamente proporcional a la velocidad vibratoria. A medida que cambia la velocidad de la pieza vibratoria, de modo proporcional es el voltaje que se genera. De aqu que se llama el PICKUP de velocidad (o captor de velocidad). Normalmente, se expresa el voltaje de salida de un captador de velocidad en milmetros o pulgada por segundo, lo que tambin se denomina la sensibilidad del captador de vibraciones. Hay varios mtodos de aplicar el captador de vibraciones de acuerdo con la figura 21. Cada uno de los mtodos indicados tendr el captador en su lugar sin falsear la vibracin existente, pero nicamente dentro de una gama de frecuencias muy limitadas. El cuadro 2 muestra las lectura mxima recomendada para cada mtodo de montaje. Resulta que las lecturas de vibracin que se d a las frecuencias ms elevadas son susceptibles al error. 1.- CAJA DE CAPTADOR 2.- BOBINA DE ALAMBRE 3.- AMORTIGUADOR 4.- MASA 5.- RESORTE 6.- IMAN 1 2 3 4 5 6 4 55. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 54 Figura 21. Mtodos de fijacin del Captador de vibracin. 56. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 55 Cuadro 2.. Lmites de frecuencia recomendados para distintos mtodos de aplicar captadores. 2.3.5.1.1 Montaje por esprrago El mejor mtodo y el ms seguro es el de fijar el captador directamente a la superficie por medir por medio de un esprrago roscado. La superficie de montaje debe de ser plana permitiendo el contacto en toda la cara del captador de acuerdo con la figura 22B y 22C. El largo del esprrago es factor importante que hay que considerar, ya que no debe de ser tan largo que penetre su punta en la tapa terminal del captador como se observa en la figura 22D. Permitir que penetre el esprrago en la tapa terminal del captador no tan solo daa el captador mismo al penetrar el esprrago por la tapa sellada, si no tambin har el efecto de reducir la gama de frecuencias til del montaje. Mtodo de montaje del captador Frecuencia mxima Por tenacillas de agarre tornillo 7200 cpm Mtodo manual con sonda de 9 16000 cpm Mtodo manual con sonda de 3 18000 cpm Porta captador magntico 37000 cpm Mtodo manual sin sonda 60000 cpm Montaje por esprrago 90000 cpm 57. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 56 Figura 22. Posicin adecuada para hacer contacto sobre la superficie que se desea medir (A). Evite las posiciones B, C y D para obtener lecturas no deseadas. 2.3.5.1.2 Mtodo manual sin sonda El uso del captador sostenido en la mano sin sonda resulta satisfactorio para la mayora de las revisiones peridicas de vibracin y de los anlisis. El captador que hay que sostenerlo en una superficie razonablemente plana. Al aplicarlo a superficies curvas o irregulares, tengan en cuenta que el captador no mide la vibracin ms que en un sentido paralelo al eje de captador y que cualquier inestabilidad en la mano que permita moverse, dicho eje que se traducir en lecturas de vibracin inestables. 2.3.5.1.3 Mtodo manual con sonda estndar de 9 in. La sonda estndar de 9 (23 cm) de largo que se suministra con los medidores y analizadores, es un dispositivo que de modo cmodo sirve para alcanzar los puntos mas retirados para medir y para ayudar a colocar el captador sobre el sitio especifico de una maquina. La sonda puede ser empleada para la mayora de las aplicaciones en las revisiones y anlisis peridicas. Sin 58. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 57 embargo, hay que proceder con cuidado si se trata de frecuencias vibratorias superiores a 16000 cpm. 2.3.5.1.4 Tcnicas de agarre / tornillo Las tcnicas con agarre de tonillo deben ser montados firmemente, de preferencia, puestas las quijadas en contacto con las superficies de montaje por su largo entero. En realidad las quijadas tipo tornillo se utilizan para mayor comodidad nicamente para el equilibrado en sitio y no se recomienda para fines de anlisis de vibraciones por la gama de frecuencias tan limitadas que tienen. 2.3.5.1.5 Porta captador magntico. El porta captador magntico hay que montarlo sobre una superficie mas o menos lisa y limpia. Cualquier suciedad o grasa que haya entre el imn y la superficie de montaje disminuye la fuerza sostenedora del imn y por consiguiente reduce as mismo la frecuencia ltima mxima. Si la superficie magntica no queda al ras de la superficie de montaje, el porta captador puede medir alguna frecuencia imprescindible reducida, dando lugar a lecturas equivocadas. 2.3.5.2 Captador de velocidad de contacto directo. Muchas veces se necesita medir las vibraciones de una pieza pequea o estructura de peso liviano, pero sostener o conectar un captador de velocidad estndar a una pieza pequea podra hasta reducir la vibracin. As que para superar dicho problema, uno puede hacer uso del captador de contacto directo que aparece en la figura 23. El captador de contacto directo es muy semejante en lo que respecta a su construccin y funcionamiento al captador de velocidad ssmico, pero el captador de contacto directo tiene una varilla que se extiende a travs de la tapa terminal del captador, siendo conectado directamente a la bobina mvil que hay adentro. 59. Mantenimiento Predictivo en Mquinas Rotativas Causadas por Vibraciones Mecnicas Universidad Veracruzana 58 Al utilizar el captador de velocidad de contacto directo, el nico peso que se agrega a la parte vibrante es el de la varilla y la bobina mvil, lo que hace que sea especialmente til el captador para objetos pequeos de peso liviano en los cuales el peso adicional de un captador ssmico podra afectar la vibracin misma. El captador se adapta muy bien a la medicin de la vibracin de