JUAN FRINTA
DANIEL NIÑO
DIEGO GARCIA
El mantenimiento predictivo es una técnica para
pronosticar el punto futuro de falla de un
componente de una maquina, de tal forma que
dicho componente pueda reemplazarse, con
base en un plan, justo antes de que falle.
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Existen varias técnicas aplicadas para el
mantenimiento preventivo entre las cuales
tenemos las siguientes:
Análisis de vibraciones.
Análisis de lubricantes.
Análisis por ultrasonido.
Termografía.
Análisis por árbol de fallas.
Análisis FMECA.
La medición y análisis de vibraciones es utilizado,
en conjunto con otras técnicas, en todo tipo de
industrias como técnica de diagnóstico de fallas y
evaluación de la integridad de máquinas y
estructuras.
En el caso de equipos rotatorios, la ventaja que
presenta el análisis vibratorio respecto a otras
técnicas como tintas penetrantes, ultrasonido, etc.,
es que la evaluación se realiza con la máquina
funcionando, evitando con ello la pérdida de
producción que genera una detención.
El objetivo del análisis de vibraciones es poder
extraer el máximo de información relevante que
ella posee. Para esto existen diferentes técnicas
de análisis tanto en el dominio tiempo como en
el dominio frecuencia.
A continuación se presenta algunas de las
técnicas más utilizadas en la inspección de
máquinas.
La esencia del análisis espectral es
descomponer la señal vibratoria en el dominio
del tiempo en sus componentes espectrales en
frecuencia. Esto permite, en el caso de las
máquinas, correlacionar las vibraciones
medidas generalmente en sus descansos, con
las fuerzas que actúan dentro de ella.
El análisis de la forma de la vibración en el tiempo
a
veces
puede
proveer
información
complementaria al análisis espectral.
Este análisis es adecuado para reconocer los
siguientes tipos de problemas:





Impactos
Rozamientos intermitentes
Modulaciones en amplitud y frecuencias
Transientes
Truncaciones.
Se puede definir la diferencia de fase entre dos vibraciones
de igual frecuencia como la diferencia en tiempo o en grados
con que ellas llegan a sus valores máximos, mínimos o cero.
El análisis de diferencias de fase a la velocidad de giro de la
máquina entre las vibraciones horizontal y vertical o entre
las vibraciones axiales de los diferentes descansos del
sistema
motor-máquina,
permite
determinar
los
movimientos relativos entre ellos, y diferenciar entre
problemas que generan vibraciones a frecuencia 1x rpm:





Desbalanceamiento
Desalineamiento
Eje doblado
Resonancia
Poleas excéntricas o desalineadas
Esta técnica recolecta señales vibratorias en el dominio
tiempo y las suma y promedia sincrónicamente
mediante un pulso de referencia repetitivo. Las
componentes sincrónicas al pulso se suman en el
promedio y las no sincrónicas disminuyen de valor con
el número de promedios (1).
En la siguiente figura se muestra vibraciones medidas
en la tercera prensa de una máquina papelera. Se
observa utilizando la técnica de promedios sincrónicos
en el tiempo la contribución a la vibración global del
rodillo superior y el
fieltro. Esto permite determinar en forma más fácil el
origen de las diferentes componentes vibratorias.
Combinando dos señales vibratorias captadas por
sensores ubicados relativamente entre ellos a 90º
(vertical y horizontal) en un descanso de la
máquina se puede obtener el movimiento del eje
en el descanso o su órbita.
El análisis de demodulaciones en amplitud
consiste en analizar la envolvente de la señal
temporal de una señal modulada.
Este análisis permite determinar más fácilmente
la periocidad de las modulaciones y
diagnosticar problemas tales como:




Rodamientos picados
Engranajes excéntricos o con dientes agrietados
Deterioro de álabes en turbinas
Problemas eléctricos en motores
Existen ciertos problemas que son más fáciles de
diagnosticar durante el funcionamiento de la maquina,
que en un estado estacionario.
Es el caso de los problemas que generan vibraciones
cuyas frecuencias son función de la velocidad de la
máquina. Al disminuir ésta, dichas componentes van
disminuyendo en acorde, por lo que en algún
momento coinciden con alguna frecuencia natural de
ella y son amplificadas, evidenciando en ese instante
en forma más clara el problema.
Para esto se analiza los gráficos de la amplitud y fase de
algunas componentes vibratorias en función de la
velocidad de rotación de la máquina.
Estos gráficos se denominan a veces gráficos de Bodé. Otro
gráfico que también se utiliza para este análisis es el
diagrama en cascada.
Este gráfico tridimensional muestra espectros vibratorios
para diferentes velocidades de rotación de la máquina.
Esto se consigue con las distribuciones o transformadas
tiempo-frecuencia.
Las transformadas tiempo-frecuencia son análisis
tridimensionales amplitud-tiempo-frecuencia, es decir,
segrega una nueva dimensión (el tiempo) a la clásica
FFT.
Respecto a las máquinas rotatorias.
1.
La normativa actual existente da criterios de evaluación de la severidad
vibratoria respecto a:


La condición operacional de la máquina

Ensayos de aceptación de máquinas.
ISO 10816-1. "Las vibraciones mecánicas. Evaluación de las máquinas por medio
de mediciones de las vibraciones de piezas no giratorias”.



Establece los parámetros a medir, procedimientos, instrumentación y
condiciones de operación recomendada para tomar las mediciones.
Para las máquinas con descansos hidrodinámicos, que es el caso en
general de máquinas críticas grandes, esta normativa ISO 10816 es
complementada con el estándar ISO 7919-1: " Las vibraciones mecánicas de
las máquinas no reciprocantes. Medición de ejes giratorios y los criterios de
evaluación”.
Respecto a máquinas con movimiento alternativo
2.
En el caso de máquinas con movimiento alternativo los estándares
existentes para evaluar la severidad de sus vibraciones tienen
objetivos diferentes que para el caso de las máquinas rotatorias.
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


ISO 10816-1. "Las vibraciones mecánicas. Evaluación de las máquinas
por medio de mediciones de las vibraciones de piezas no giratorias”.
Parte 6: Máquinas Reciprocantes con potencia por encima de 100 kW".
La normativa evalúa la severidad vibratoria no para considerar el
efecto sobre la máquina misma, sino que considera el efecto que
ella tiene en elementos montados sobre la máquina (bombas,
intercambiadores de calor, instrumentos, etc.) y los conectados a
ella (tuberías, fundaciones, etc.).
Respecto a las estructuras
3.
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Existen normativas al respecto, tales como ASA 95-1990 ó
ANSI S2.47:
"American National Standard. Vibraciones de los edificios.
Directrices para la medición de vibraciones y evaluación de
sus efectos en los edificios”.
Esta normativa es solamente cualitativa. Indica los
diferentes factores como los diferentes tipos de estructuras o
edificios existentes, las magnitudes y métodos de medición
que pueden ser usados y los diferentes procedimientos de
cálculo a utilizar para evaluar las vibraciones medidas.
El hecho de que la normativa sea solo cualitativa es a razón
de que en las estructuras, las dimensiones relativas en las
tres direcciones pueden variar grandemente.
4.
Respecto a las personas
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La norma más importante y ampliamente conocida es la norma ISO 2631:
"Vibraciones mecánicas y choques. Evaluación de la exposición humana a las
vibraciones transmitidas al cuerpo entero”.
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Este estándar define y da valores numéricos para los límites de exposición a los
que puede estar sometido un ser humano. Estos límites establecen valores que
permiten cuantificar diferentes efectos de las vibraciones sobre el individuo:

Daño en la salud o seguridad de las personas.

Disminución de la eficiencia en el trabajo.

Disminución del confort de la persona.
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Esta norma se utiliza para evaluar la severidad vibratoria la aceleración RMS
entre 1 y 80 (Hz). Limita el nivel vibratorio de acuerdo a la frecuencia de la
vibración.
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Los valores más bajos corresponden a los rangos de frecuencia donde se
encuentran las frecuencias naturales de vibrar de los diferentes órganos del ser
humano. Por ejemplo, la frecuencia natural longitudinal (de cabeza a pies) de un
ser humano se considera que está entre 4 y 8 (Hz). Las transversales (espalda a
pecho y de derecha a izquierda) están entre 1 y 2 (Hz).
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ANÁLISIS DE VIBRACIONES 1.avi
ANÁLISIS DE VIBRACIONES 2.avi
MachineSpy - Mantenimiento Just In Time de
Mantenimiento predictivo. análisis de
vibraciones.avi
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Saavedra, P. Análisis de vibraciones nivel II. Facultad
de Ingeniería. Universidad de Concepción. Chile
(1997).
http://www.aaende.org.ar/sitio/biblioteca/material
/CONFCHILE.pdf
Revista facultad de ingeniería universidad de
Antioquia. Medellín. Abril/Junio 2007. No.40.
ISSN 0120-6230.
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ANALISIS DE LAS VIBRACIONES - mantenimientoam -