Analisis de Vibraciones en Motores Hidraulicos 28 Dejuliode 2010

Fecha : Cabrero 28/07/10

Informe realizado por: Luis Mondaca Ortiz Analista predictivo

“ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN MOTORES HIDRAULICOS”

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SUMARIO

En las empresas con grandes volúmenes de producción, gran cantidad de máquinas y

equipos, como son las empresas papeleras y mineras, es importante que el mantenimiento

logre las altas exigencias de disponibilidad requeridos. Para lograr este objetivo, se utilizan

una serie de técnicas como la termografía, análisis de vibraciones, ensayos no destructivos,

etc., los cuales indican la condición de las máquinas y equipos según los síntomas que estos

emiten al exterior, evitando así una falla inesperada. Sin embargo, muchas fallas presentan un

carácter aleatorio, por lo cual se debe realizar un seguimiento y un análisis riguroso para

predecir el momento de cambio o reparación, justo antes de la falla, aprovechando al máximo

la vida útil del elemento o sistema.

Dentro de este concepto de mantención, que es llamado Mantenimiento Predictivo o

Sintomático, existen diversas técnicas que evalúan la condición de la máquina o equipo,

identificando cualquier problema o falla que se presente, ya sea de manera incipiente o

avanzada. Para máquinas de alta velocidad, el análisis de vibraciones se ha convertido en una

gran herramienta y es utilizado comúnmente en la empresa. Problemas como el

desalineamiento o desbalanceo están siendo detectados rápidamente y la severidad de las fallas

se puede encontrar en tablas desarrolladas para máquinas de distintas potencias según las

normas ISO.

Para máquinas y equipos de baja velocidad, el análisis de vibraciones espectral

comienza a presentar algunas deficiencias, debido a la complejidad de conseguir un sensor con




3

una sensibilidad que nos permita alcanzar el rango de las fallas que están ocurriendo a estas

velocidades (comúnmente bajo 20 HZ), así como los problemas que presentan las excitaciones

producidas por el contacto metal con metal en el espectro de frecuencias. Para superar esta

problemática, se han desarrollado nuevas técnicas de detección de fallas, que permiten obtener

una buena respuesta en el rango deseado.

En este sentido, y como se vera mas adelante, la técnica del Análisis Espectral,

complementada con la técnica de Demodulación, son una gran herramienta para determinar la

condición de funcionamiento de una maquina, que en particular en el desarrollo de esta tesis

será un motor hidráulico Marathon MB 1600, el cual corresponde a un equipo critico, con

requerimiento de gran disponibilidad como lo es el Digestor Continuo.




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ÍNDICE

SUMARIO 03

ÍNDICES 05

INTRODUCCIÓN 12

CAPITULO Nº 1

RESEÑA HISTÓRICA Y PROCESO DE FABRICACIÓN C.M.P.C. LAJA 14

1.1 Planta de celulosa Laja. 14

1.2 Proceso de fabricación de celulosa. 15

1.3 Descripción del proceso 16

CAPITULO Nº 2

DIGESTOR CONTINUO 19

2.1 Importancia del digestor continúo para el proceso. 19

2.2 Características técnicas. 20

2.3 Antecedentes históricos de funcionamiento y de fallas. 21

CAPITULO Nº 3

OBJETIVOS 25

3.1 Objetivos principales. 25

3.2 Objetivos específicos. 25

CAPITULO Nº 4

UNIDAD MOTRIZ 27

4.1 Descripción de funcionamiento Motor hidráulico Marathon MB 1600. 27

4.2 Partes principales. 28

4.3 Datos técnicos. 29

4.4 Instrucciones de montaje. 31

4.4.1 Montaje del motor en eje conducido. 33

4.5 Conexiones de aceite. 35

4.5.1 Sentido de giro del eje del motor. 36




5

4.6 Drenaje y purga del motor. 36

4.7 Instrucciones de funcionamiento. 37

4.8 Mantenimiento periódico. 38

4.8.1 Esquema de mantenimiento. 39

4.9 Localización de averías. 42

CAPITULO Nº 5

UNIDAD HIDRÁULICA 43

5.1 Principio de funcionamiento. 43

5.2 Elección del fluido hidráulico. 44

5.2.1 Requerimientos de limpieza del fluido. 45

5.3 Agua de refrigeración. 46

5.4 Instalación de la unidad. 46

5.5 Montaje del motor eléctrico. 48

5.6 Conexiones hidráulicas. 49

5.6.1 Llenado del sistema con fluido hidráulico. 50

5.7 Conexiones eléctricas. 51

5.8 Conexiones de agua. 52

CAPITULO Nº 6

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL 53

6.1 Tipos de mantenimiento. 53

6.1.1 Mantenimiento correctivo o reactivo. 53

6.1.2 Mantenimiento preventivo. 54

6.1.3 Mantenimiento proactivo. 54

6.1.4 Mantenimiento predictivo. 54

6.2 Conceptos de mantenimiento predictivo. 55

6.2.1 Maquinas críticas. 55

6.2.2 Maquinas semi críticas. 56

6.2.3 Maquinas normales o no criticas. 56

6.3 Ventajas del mantenimiento predictivo. 57




6

6.4 Evaluación y metas del mantenimiento predictivo. 58

6.4.1 Vigilancia de maquinas. 58

6.4.2 Diagnostico de fallas. 60

6.4.3 Pronostico de vida. 61

6.5 Evaluación de la condición: Severidad vibratoria. 62

6.5.1 Normativa en el análisis de vibraciones. 63

CAPITULO Nº 7

VIBRACIONES MECÁNICAS 69

7.1 Todas las maquinas vibran. 69

7.2 Causas de las vibraciones mecánicas. 71

7.3 Consecuencias de las vibraciones. 71

7.4 Introducción al análisis de vibraciones. 72

7.5 Fundamento del análisis de vibraciones. 75

7.6 Parámetros de las vibraciones. 76

7.7 Vibración mecánica. 77

7.8 Vibración armónica simple. 79

7.9 Dirección de la vibración. 80

7.10 Amplitud de la vibración. 81

7.11 Frecuencia de la Vibración. 82

7.11.1 Fase de vibración. 83

7.11.2 Desfase o diferencia de fase. 84

7.12 Velocidad vibratoria. 85

7.13 Aceleración vibratoria. 85

7.14 Tipos de vibraciones. 86

7.15 Tipos de vibraciones mecánicas. 87

7.15.1 Vibración debida a desbalance. 88

7.15.2 Vibración debida a falta de alineamiento. 89

7.15.3 Vibración debida a excentricidad. 90

7.15.4 Vibración de rodamientos con elementos rodantes defectuosos. 91

7.15.4.1 Rodamiento con elemento rodante desalineados. 93




7

7.15.4.2 Holguras de rodamientos con elementos rodantes. 93

7.15.4.3 Frecuencia de falla generada por los elementos rodantes. 94

7.15.5 Vibración debida a descansos planos defectuosos. 95

7.15.6 Vibración debida a solturas mecánicas. 96

7.15.7 Vibración debida a bandas de accionamiento. 96

7.15.8 Vibración debida a problemas de engranaje. 98

7.15.9 Vibración debida a fallas eléctricas. 99

CAPITULO Nº 8

MEDICIONES, MÉTODOS Y MATERIALES A UTILIZAR 101

8.1 Medición de la vibración. 101

8.1.1 Análisis Espectral. 101

8.1.2 Análisis de Demodulación. 102

8.2 Metodología utilizada. 103

8.3 Puntos de medición en el motor. 105

8.4 Ancho de banda. 107

8.4.1 Ajuste ancho de banda para visualización del espectro. 108

8.4.1.1 Caso1. 109

8.4.1.2 Caso 2. 110

8.5 Instrumentación utilizada. 111

8.5.1 Analizador CSI 2120. 111

8.5.1.1 Filtros pasa altos. 112

8.5.1.2 Order Tracking. 113

8.5.2 Fototacómetro 404B. 113

8.5.3 Software. 114

8.6 Mediciones y análisis espectrales. 116

8.6.1 Rodamiento SKF 29426E 117

8.6.2 Rodamiento SKF NCF 2940V 122

8.6.3 Rodamiento SKF 23060 127




8

CONCLUSIONES 134

BIBLIOGRAFÍA 136

ANEXOS 138

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA Nº 1 Características técnicas digestor continuo planta Laja. 20

TABLA Nº 2 Conexiones de aceite motor hidráulico Marathon. 35

TABLA Nº 3 Esquema de mantenimiento del motor hidráulico. 39

TABLA Nº 4 Localización de averías en el motor hidráulico. 42

TABLA Nº 5 Conexiones hidráulicas principales. 49

TABLA Nº 6 Conexiones hidráulicas de drenaje y limpieza. 49

TABLA Nº 7 Capacidad de almacenaje de aceite del motor. 51

TABLA Nº 8 Conexiones de agua del motor. 52

TABLA Nº 9 Técnicas mas utilizadas en la vigilancia de maquinas. 59

TABLA Nº 10 Normativa de severidad vibratoria según ISO 10816-1. 64

TABLA Nº 11 Evaluación de maquinas de acuerdo a tamaño (potencia). 64

TABLA Nº 12 Calidad de la vibración en maquinas rotatorias. 65

TABLA Nº 13 Parámetros de las vibraciones según los peak (1x, 2x, x/2, 1x/4). 74

TABLA Nº 14 Filtros pasa altos disponibles en el analizador 2120. 112




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ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA Nº 1 Configuración anterior de transmisión del digestor continuo. 21

FIGURA Nº 2 Componentes principales motor hidráulico Marathon MB 1600. 28

FIGURA Nº 3 Esquema de sonidos de una instalación hidráulica. 29

FIGURA Nº 4 Motor hidráulico Marathon MB 1600. 32

FIGURA Nº 5 Sentido de giro del eje del motor. 36

FIGURA Nº 6 Componentes principales unidad hidráulica. 43

FIGURA Nº 7 Esquema de instalación de la unidad hidráulica. 47

FIGURA Nº 8 Instrucciones de montaje del motor eléctrico. 48

FIGURA Nº 9 Esquema de llenado de la unidad hidráulica. 50

FIGURA Nº 10 Excesiva vibración de la maquina es causa de muchos problemas. 70

FIGURA Nº 11 Direcciones de los puntos de medición. 75

FIGURA Nº 12 Esquema de obtención de la señal vibratoria. 78

FIGURA Nº 13 Generación de la vibración armónica simple. 79

FIGURA Nº 14 Esquema de diferencia de fase. 84

FIGURA Nº 15 Esquema de desplazamiento, velocidad y aceleración para 86

una vibración armónica simple.

FIGURA Nº 16 Tipos de desalineamiento (paralelo – angular). 90

FIGURA Nº 17 Componentes principales de un rodamiento. 92

FIGURA Nº 18 Frecuencias características de los rodamientos y sus elementos 94

FIGURA Nº 19 Curva de medición de la vibración en aceleración. 103

FIGURA Nº 20 Curva de medición de la vibración en desplazamiento. 104




10

FIGURA Nº 21 Curva de medición de la vibración en velocidad. 104

FIGURA Nº 22 Ventana de transmisión de un rodamiento. 105

FIGURA Nº 23 Puntos de medición en el motor hidráulico. 106

FIGURA Nº 24 Grafico de obtención de la fundamental con un ancho 109

de banda de 15000 Hz y 6400 líneas.

FIGURA Nº 25 Grafico de obtención de la fundamental con un ancho 110

de banda de 9000 Hz y 6400 líneas.

FIGURA Nº 26 Recolección de datos utilizando un analizador CSI 2120 111

FIGURA Nº 27 Fototacómetro 404B de CSI. 114

FIGURA Nº 28 Comunicación Analizador/PC 115




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INTRODUCCIÓN

Todas las tecnologías creadas e imaginadas en conjunto han sido capases de

entregarnos, comodidad, bienestar, salud y entretención, ayudándonos en cada minuto a

obtener una mejor calidad de vida.

Cada producto u elemento utilizado por nosotros requiere en si de una serie de

procesos de elaboración, como por ejemplo algo tan cotidiano como el papel, un producto que

se encuentra presente en todos los hogares, lo que implica el uso de infraestructuras,

maquinarias etc., lo que comúnmente denominamos industria. Uno de los principales

componentes de estas industrias son los motores que proporcionan el movimiento, la fuerza y

velocidad a los procesos, los cuales varían según su utilidad en tamaño, potencia y precios.

Este informe de actividad terminal se basa en el estudio del comportamiento de los

motores hidráulicos, analizando en particular el modelo MB 1600 de la marca Hagglunds

Drives, mediante la aplicación de Análisis de Vibraciones. Una maquina que es capaz de

generar un movimiento constante en el rastrillo de fondo del digestor continuo, a bajas

revoluciones y poner en movimiento más de 500 toneladas de astillas de madera, siendo de

esta forma la columna principal del proceso productivo en CMPC Planta Laja.

Como la labor que este equipo desempeña es tan esencial e importante, es considerado

un equipo critico dentro del complejo industrial, por ende se debe tener especial cuidado para

que este no presente fallas inesperadas, ya que si sucediese lo contrario esto significaría la

detención inminente de la planta, lo que lleva consigo grandes perdidas y costos asociados a la

empresa.




12

Una forma de controlar, medir y revisar este equipo sin intervenirlo es por medio del

mantenimiento predictivo, el cual consta de muchos tipos de análisis que se podrían realizar a

los equipos para monitorear la condición, en base a los síntomas que estos presenten, pero en

nuestro caso, el estudio se basa en la utilización del método de análisis de vibraciones

espectral o frecuencial, se analizara el espectro de la onda en velocidad, para lograr obtener

una mayor precisión en la información recopilada considerando que el motor funciona a baja

frecuencia pero las fallas de los elementos rodantes se manifiestan generalmente a altas

frecuencias, mas cuando la ocasión lo amerite se utilizara como apoyo el método de

demodulación para poder visualizar con mayor claridad fallas incipientes, que se pudiesen

generar en los rodamientos de este equipo.

Este estudio se centrara en la aplicación del Análisis de Vibraciones, a fin de

identificar posibles fallas de los rodamientos del motor hidráulico que acciona el rastrillo de

fondo del digestor continuo y a su vez generar una base de datos para este tipo de motor

hidráulico, quedando estos registrados en el programa RBMware (versión 4.8), para que estas

se comparen con mediciones futuras, y de esta manera se logren apreciar cambios los que

pudiesen transformarse en fallas.

Una vez realizado esto estaremos en posición de programar mantenciones y reparar a

tiempo, logrando con esto aprovechar al máximo el equipo durante su vida útil, lo que nos

significara una mayor producción y un mayor control sobre los procesos.




13

CAPITULO Nº1

RESEÑA HISTÓRICA Y PROCESO DE FABRICACIÓN C.M.P.C. LAJA

1.1 PLANTA DE CELULOSA LAJA

Situada en la confluencia de los ríos Bío-Bío y Laja, VIII Región, inició sus

operaciones en 1958, constituyéndose en una planta industrial pionera en Latinoamérica en la

fabricación de celulosa y papel. Al año, Planta Laja produce 320 mil toneladas de celulosa

fibra larga, principalmente blanca, de las cuales 70 mil toneladas se destinan a la producción

de papeles (gráficos y sackraft), con una producción menor de celulosa cruda (UKP).

Dentro de la diversidad de productos que desarrolla, también produce celulosa fluff en

rollos, la que se utiliza para la fabricación de productos absorbentes tales como pañales

desechables y toallas femeninas. Adicionalmente, produce papeles para sacos cementeros y de

embalaje, utilizando como materia prima celulosa de fibra larga sin blanquear, la que se

comercializa en el mercado nacional, Argentina y Perú.

Desde principios de los 90´ Planta Laja ha desarrollado proyectos tendientes a

modernizar sus instalaciones productivas, con el consiguiente mejoramiento en sus emisiones

líquidas, sólidas y aéreas. El reemplazo de la antigua caldera recuperadora por otra unidad

nueva de moderna tecnología, con precipitadores electrostáticos y bajo olor, es uno de los más

importantes. Destaca también la existencia de una caldera que combustiona corteza y aserrín

de madera, contribuyendo a un aprovechamiento integral de materia prima y a la notable

minimización de residuos.




14

La protección del entorno, unido a la calidad y al soporte técnico, se configuran como

un elemento esencial para Planta Laja, la que ha desarrollado proyectos ambientales con una

inversión del orden de los US$ 20 millones y cuenta con el sistema de calidad ISO 9002,

certificado por SGS European Quality Certification Institute de Bélgica.

Áreas de proceso planta laja

Las áreas de producciones se dividen en seis procesos:

Planta de astillas

Cocción.

Blanqueo.

Línea de salida (Secadoras y Papeleras).

Recuperación y energía.

Tratamiento de efluentes

1.2 PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA CELULOSA

Existen varios procesos para obtener celulosa de la madera por vía química. El

proceso utilizado en Fábrica Laja es el llamado proceso al sulfato o kraft el cual da una fibra

de alta resistencia que se puede aplicar a uno como a varios tipos de madera (ver anexo Nº 1).




15

1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

El proceso comienza con la llegada de la madera, que se reciben en trozos de 2.44mt.

que son transportados por ferrocarril y camiones. Los trozos se lavan, se descortezan,

mediante la fricción entre ellos, y se transforman en astillas (chips) de 19 mm de largo por 4

mm de espesor. A continuación se tamizan para eliminar el aserrín y luego se almacenan en

silos o pilas. El aserrín y la corteza son usados como combustible para producir vapor.

Desde los silos, las astillas van a los sistemas de digestión, donde se produce la

separación de las fibras celulósicas de la astilla. Esto consiste en mezclar dentro de un

recipiente, llamado Digestor, bajo condiciones de presión y temperatura controladas, madera

con lejía blanca, compuesta principalmente por Soda Cáustica y Sulfuro de Sodio. La lejía

blanca se combina con la lignina, uno de los componentes principales de la madera,

transformándola en una sustancia soluble en agua y dejando en libertad las fibras de celulosa.

Esta lignina solubilizada es separada de las fibras por lavado con agua. El líquido

compuesto por las sales que se usaron en la cocción más lignina y otros productos, se llama

lejía negra, que es enviada a un Sistema de Recuperación donde se concentra y es usado como

combustible para producir vapor en una Caldera Recuperadora. Como producto de la

combustión, se recuperan las sales (de ahí el nombre de Caldera Recuperadora), las que

mediante un proceso de Caústificación con cal viva son transformadas en lejía blanca apta

para la cocción de nuevas cantidades de madera.

Una vez lavadas, las fibras de celulosa son enviadas a un sistema de depuración donde

se separan los nudos (Chips o Astillas que no han sido cocidas totalmente) y los haces de




16

fibras aglomeradas. Las fibras depuradas son almacenadas en estanques o cubas y reciben el

nombre de celulosa cruda las que pueden tener los siguientes destinos:

Alimentar Máquinas Papeleras, para obtener:

Papeles Lisos y Extendible.

Embalajes y Liner.

Alimentar Máquinas Secadoras, para obtener:

Celulosa Kraft Cruda

Etapas de blanqueo.

En la planta de blanqueo se realiza una transformación química de la celulosa con el

objeto de eliminar totalmente la lignina residual, que en porcentajes muy bajos queda en la

celulosa cruda. Para blanquear la celulosa, se utiliza: Cloro, Soda cáustica, Oxigeno, Peróxido

de Hidrogeno y Dióxido de Cloro. Dependiendo de lo solicitado por el cliente la celulosa

puede ser semiblanca, blanca o celulosa Fluff.

Una vez completado el proceso de blanqueo la pasta es enviada a cubas de

almacenamiento para posterior envío a las maquinas de salida para producir los siguientes

productos:

Alimentar Máquinas Papeleras, para obtener:

Papel de Impresión y Escritura.

Papeles Lisos y Extendibles

Cartulinas.




17

Alimentar Máquinas Secadoras, para obtener

Celulosa Kraft Semiblanqueada

Celulosa Kraft Blanqueada.

Celulosa Fluff.

El vapor que se utiliza en fábrica es producido por cuatro calderas: dos usan petróleo,

corteza y aserrín como combustibles y dos usan lejía negra. El vapor proveniente de las

calderas alimenta un turbo generador que proporciona el 60% de la electricidad consumida en

Fábrica.

El agua es vital para la fabricación de celulosa, ya que todo el proceso de las fibras y el

lavado de las mismas, es realizado usando este elemento. Además del gran volumen se

requiere que la calidad sea excelente. Por ello, el agua que es extraída del río Bío-Bío y de

pozos, es sometida a un riguroso tratamiento y filtrado, con el objeto de hacerla apta para el

proceso.




18

CAPITULO Nº 2

DIGESTOR CONTINUO

2.1 IMPORTANCIA DEL DIGESTOR CONTINUO PARA EL PROCESO

El Digestor Continuo, es una gran olla a presión gigante de proceso continuo, donde la

madera se cuece o digiere en una solución compuesta principalmente por Soda Cáustica y

Sulfuro de Sodio (ver anexo Nº 2). Las astillas de madera se hierven durante varias horas en

un proceso continuo que elimina la materia resinosa y la lignina dejando fibras puras de

celulosa. Mientras un motor hidráulico de gran capacidad ubicado en la base es la encargada

de controlar el movimiento giratorio del fondo de esta olla a presión y facilitar la descarga a

un estanque de soplado, donde se inicia el proceso de lavado de las fibras de madera ya

cocidas en el interior del Digestor Continuo.

Es por ese motivo que el digestor continuo es vital en este tipo de proceso ya que es un

pilar clave en cadena o secuencia productiva, es por este motivo que se le considera un equipo

crítico vital para el proceso productivo, y su detención significaría una gran pérdida de

producción y costo. Es un equipo con requerimiento de disponibilidad muy alta (funciona 24

hr. al día, 365 días al año).

Un paro de planta no programado trae como consecuencia una serie de gastos directos

como mano de obra, repuestos, servicios contratados, y costos indirectos como son la pérdida

de producción, seguridad, energía, y muchos otros. Es por esto que la planificación y

programación de la mantención debe ser cuidadosa y destinar todos los recursos tecnológicos




19

y humanos para maximizar el número de horas disponibles de una máquina o equipo, con el

mínimo costo y máxima seguridad.

Para máquinas o equipos considerados como críticos, la detección temprana de fallas

puede traer grandes beneficios. Además de permitir una buena planificación de la

mantención, evitando problemas imprevistos, las técnicas de detección incipiente de fallas nos

entregan gran información para un buen manejo de los stocks de repuestos.

2.2 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Diseñado por KVAERNER Año 1996

Para Compañía CMPC LAJA

MILL Nº de serie 2199

Clasificación 05-3-01-10 Date 1996

Presión de prueba 15.6 bar. at top Corrosión No mm

Presión de diseño 12 bar. at top Código swedish code 1987

Presión máx. de

trabajo 12 bar. at top Control AF - IPK

Temperatura de

diseño 200º C Capacidad 1410 M 3

Temperatura

máxima 200º C Radiografía

Acc. To swedish

code

Temperatura

mínima Heat tratamiento No

Fluido contenido Liquido y pulpa Total weight

empty 541000 Kg.

TABLA Nº 1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DIGESTOR CONTINUO PLANTA LAJA




20

2.3 ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE FUNCIONAMIENTO Y DE FALLAS

Anteriormente el digestor continuo era accionado mediante un conjunto mecánico de

transmisión (motor, reductor) el cual era accionado por un motor eléctrico de 4 polos con 1500

rpm.

Éste poseía cuatro etapas de reducción con tres ejes internos, presentando un tamaño

aproximado de 2,10 x 1,20 x 0,90 m.

La secuencia de engranes desde el eje de entrada al eje de salida es:

En el 1° eje (Eje de entrada) un piñón de 24 dientes conduciendo a una corona de 106 dientes

en el 2° eje.

En el 2° eje un piñón de 18 dientes conduciendo a una corona de 63 dientes en el 3° eje.

En el 3° eje un piñón de 18 dientes conduciendo a una corona de 58 dientes en el 4° eje.

En el 4° eje un piñón de 16 dientes conduciendo a una corona de 72 dientes en el 5° eje (Eje

de salida).

FIGURA Nº 1 CONFIGURACIÓN ANTERIOR SISTEMA DE TRANSMISIÓN DEL DIGESTOR

CONTINUO




21

Por lo tanto la caja reductora poseía una relación de transmisión de 224,15:1, donde la

velocidad de entrada fluctuaba constantemente debido a la carga de (541 toneladas

aproximadamente), 10 rpm en la salida del reductor en torno a los 1400 rpm suministradas

por el motor eléctrico. (Ver anexo Nº 3)

El gran inconveniente o problema de este sistema de transmisión eran los peak de

esfuerzos generados en el eje del rastrillo de fondo, esto se debía a lo variable que son los

esfuerzos en el accionar de esta unidad, ya que presentan considerables fluctuaciones en el

torque de sus aspas al pasar por la zona de descarga del digestor continuo.

En el instante en que las aspas pasan por la zona de descarga (orificio o ducto) se

reduce la carga a la que están sometidas, luego al ser sometidas nuevamente a esfuerzos

generan un efecto de vaivén (o resorte), en lo que concierne a los esfuerzos o cargas a los que

esta sometido el eje, generando fatigas y tensiones en este, teniendo como fin a largo plazo la

rotura de este sin previo aviso.

Por este motivo y debido a sus reiteradas fallas, fue remplazado este complejo e

inestable sistema de transmisión por el accionar de un motor hidráulico (Marathon MB 1600

de Hagglunds Drives), el cual cumple con la capacidad de carga requerida entregando una

potencia constante, sin generar fluctuaciones de esfuerzo (torque) como se hacia referencia en

el caso anterior, entregando la confiabilidad necesaria en un equipo critico como lo es el

digestor continuo.




22

Gracias a la implementación de este motor no se han presentado fallas ni desperfectos

tanto en el eje del rastrillo de fondo como en el equipo en si, lo que ha permitido una

disminución considerable en los tiempos muertos por mantenciones correctivas de este equipo

y sus costos asociados, incrementando considerablemente la estabilidad de la cadena de

producción.

Si bien los costos de implementar un motor de estas características son elevados, los

beneficios de realizar esta inversión se reflejan en la estabilidad del proceso, motivo por el

cual la mantencion de este equipo es vital.

Una forma de realizar un mantenimiento exhaustivo pero no invasivo, es

implementando un sistema de mantenimiento predictivo, cuya finalidad es evaluar en todo

instante la condición de la máquina o equipo a través de la medición de síntomas que ella

emite al exterior, identificando cualquier problema presente o inminente y prediciendo cuando

deberían realizarse acciones correctivas.

Dentro de este concepto, es importante destacar que debido al desgaste a que están

sometidos los equipos y máquinas de producción, las fallas son algo inevitable. Un problema

en el motor hidráulico, puede traer grandes consecuencias económicas. Es por esto que las

empresas clasifican sus máquinas y equipos según una relación costo beneficio, y según su

disponibilidad, logrando una mejor administración de los recursos y aumentando así la

productividad.




23

La herramienta principal para efectuar este tipo de mantencion es el análisis de

vibraciones, el cual nos permite determinar la condición de las máquinas rotativas definiendo

el grado de desbalanceo, desalineamiento, presencia de holguras mecánicas, bases y

cimentaciones insuficientes, desgaste de piezas internas, interferencia de engranajes, etc. La

vibración mecánica es un parámetro muy sensible que informa de la condición del equipo o

elemento mecánico que se este estudiando.

El análisis de vibraciones en un motor hidráulico de estas características es complejo,

considerando su reducida velocidad de giro (7 rpm aproximadamente), además sabiendo que

la energía disipada por falla es muy reducida por el medio en el cual se genera, las mediciones

de impacto vibracional en este equipo son relativamente pequeñas, pero totalmente

considerables al momento de diagnosticar una falla incipiente en el equipo.




24

CAPITULO Nº 3

OBJETIVOS

3.1 OBJETIVO PRINCIPAL

Desarrollar análisis de vibraciones en el motor hidráulico industrial Marathon modelo

MB 1600 de Hagglunds Drives que acciona el rastrillo de fondo del digestor continuo. Siendo

este un equipo de alta disponibilidad, lograr las competencias necesarias y metodologías

apropiadas para la aplicación de este tipo de mantenimiento, en busca de fallas incipientes o

desarrolladas tanto en los rodamientos; BPFO, BPFI, FTF y BSF del equipo motriz, como

anomalías existentes en sus elementos (ejemplo: pistones, camisas de balance, etc.), los que

afectan en su correcto funcionamiento reduciendo de esta forma la vida útil del equipo y su

eficiencia.

3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Determinar los parámetros ideales para la aplicación de este tipo de análisis considerando

que la vibración mecánica es un parámetro muy sensible que informa de la condición del

equipo o elemento mecánico que se este estudiando, estos parámetros son:

Ancho de banda.

Número de promedios.

Número de líneas.

Frecuencia de falla de rodamiento.

Severidad vibratoria de los elementos rodantes.




25

2. Buscar fallas incipientes o en desarrollo que pudieran presentarse en el motor hidráulico,

de no existir anomalías o fallas, poder determinar o conocer las condición vibratoria

normal de funcionamiento, siendo en tal caso este análisis una base como registro del

historial vibratorio del equipo estudiado, lo que serviría como referencia para futuros

análisis o monitoreos.

3. Desarrollar esta metodología predictiva, utilizando la técnica de análisis Espectral

complementada con la técnica de Demodulación si fuese necesario, en pos de poder lograr

resultados mas certeros al momento de evaluar la condición vibratoria.




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CAPITULO Nº 4

UNIDAD MOTRIZ

4.1 DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO MOTOR HIDRÁULICO

MARATHON MB 1600

El motor hidráulico industrial MARATHON de Hagglunds Drives es del tipo de

pistones radiales con bloque de cilindros/eje hueco giratorio y cárter fijo. El bloque de

cilindros va montado en el cárter sobre los cojinetes del rodillo (ver anexo Nº 4 y Nº 14).

Un número par de pistones esta situado radialmente en dicho bloque de cilindros, y la

placa de distribución dirigen el aceite dentro y fuera de los pistones. Cada pistón actúa contra

un rodillo de leva. Cuando la presión hidráulica actúa sobre los pistones, los rodillos de leva

son empujados contra la inclinación del aro volumétrico que esta conectado rígidamente al

cárter, produciendo así un par.

La fuerza de reacción es transferida por medio de los rodamientos guía, de rodillos,

montado sobre los extremos de los rodillos de leva, a las dos placas guías que están unidas al

bloque de cilindros/eje hueco, por lo cual el motor gira, siendo el par desarrollado

proporcional a la presión del sistema. Las tuberías de aceite se conectan a las conexiones R y

L en el bloque de conexiones y las tuberías de drenaje a las conexiones D1, D2 y D3, (D4*) en

la tapa trasera.

El motor se monta al eje de la maquina conducida por medio del eje hueco de bloque

de cilindros. El par se transmite por medo de un acoplamiento mecánico o por un eje estriado.




27

4.2 PARTES PRINCIPALES

1. Aro volumétrico.

2. Rodillo de leva.

3. Pistón.

4. Acoplamiento de eje.

5. Bloque de cilindros / eje hueco.

6. Placa guía.

7. Rodamiento guía.

7.a Rodamiento (bloque de cilindros).

8. Bloque de conexión.

9. Placa de distribución.

10. Tapa delantera

11. Tapa trasera.

R: Conexión “R” de entrada o salida.

L: Conexión “L” de entrada o salida.

D1, D2, D3 y (D4*) = Conexiones de drenaje.

*D4= MB 1150 – MB 4000.

FIGURA Nº 2 COMPONENTES PRINCIPALES MOTOR HIDRÁULICO MARATHON MB 1600




28

4.3 DATOS TÉCNICOS

Presión recomendada en la vía de baja. El motor debe estar conectado al sistema

hidráulico de forma que reciba suficiente contrapresión en la conexión de baja presión. Esto se

aplica a todo tipo de instalación. Para más información técnica ver anexo Nº 5.

Sonido de una instalación completa.

Motor de bomba

Sonido en tuberias

Motor hidraulico

Sonido procedente de la unidad conducida

Sonido de cimentación y estructura

FIGURA Nº 3 ESQUEMA DE SONIDOS DE UNA INSTALACIÓN HIDRÁULICA

Sonido ambiental

Normalmente, no se puede modificar el sonido ambiental pero suele ser conocido o

fácil de medir.

Sonido de las tuberías.

Es probablemente la mayor fuente de defectos en las instalaciones: todas la abrazaderas

de las tuberías deben ser del tipo aislante de vibraciones y fijadas a suelos, paredes o techos de

hormigón, debe evitarse fijarlas a estructuras metálicas no flexibles capaces de producir

resonancia.




29

Motor hidráulico.

El motor hidráulico es una fuente de sonido conocida.

Unidad conducida

Fuente de sonido desconocida (para nosotros), la información al respecto puede ser

proporcionada por el suministrador. En el momento de fijar el brazo de par de un motor a la

estructura de la maquina conducida, es muy importante estudiar la construcción de los

mismos, ya que muchas estructuras pueden producir una elevación de resonancia, causando

graves problemas de ruido.

Elección del fluido hidráulico

Los motores hidráulicos de Hagglunds Drives están diseñados primordialmente para

trabajar con aceites hidráulicos convencionales basados en petróleo.

Generalidades.

El llenado de aceite debe ser según FZG 90 grado 11 descrito en IP (DIN 51354). El

aceite debe contener también inhibidores para evitar la oxidación, corrosión y formación de

espuma la viscosidad del aceite mineral depende en gran parte de la temperatura. La elección

definitiva del aceite debe depender de la temperatura de trabajo que se espera, o se conoce, en

el circuito y no en el depósito del aceite.

Las altas temperaturas del circuito reducen considerablemente la vida de servicio del

aceite y de las juntas de goma. Asimismo dan como resultado una baja viscosidad que a su vez

proporciona lubricación deficiente.




30

El contenido de agua debe ser inferior a 0,1%. En aplicaciones industriales que exigen

una larga vida de funcionamiento el contenido deberá ser inferior a 0,05%.

Filtrado.

El aceite de un sistema hidráulico debe filtrarse siempre, así como el aceite recibido

del suministrador debe filtrarse cuando se añada al sistema. El grado de filtración de un

sistema hidráulico es una cuestión de vida de servicio contra los gastos de filtrado.

Para conseguir la vida de servicio deseada es importante seguir las recomendaciones

que hacen referencia al grado de contaminación.

Al elegir el filtro, es importante considerar la cantidad de partículas de suciedad que

puede absorber el filtro y continuar trabajando satisfactoriamente.

4.4 INSTALACIÓN E INSTRUCCIONES DE MONTAJE

Para el funcionamiento correcto del motor, es importante instalarlo con la mayor

precisión posible. Toda pieza conectada al motor que no cumpla los requisitos de las

instrucciones puede producir esfuerzos, que tendrán un efecto negativo en la vida de servicio

del motor.

Normalmente, el motor debe estar completamente lleno de aceite. Cuando se monta el

motor con el eje en el plano horizontal, las conexiones de drenaje deberán estar verticales. Se

debe usar la conexión más alta de las dos.

Cuando se monta el motor en el plano vertical, deberá conectarse la conexión de

drenaje D1 o D2, al agujero de ventilación en el cárter del extremo del eje o tapa.




31

Habrá que conectar una válvula pretaradora en la tubería de drenaje, para asegurarse de

que el motor estará lleno de aceite.

FIGURA Nº 4 MOTOR HIDRÁULICO MARATHON MB 1600

La tubería de drenaje debe dimensionarse de forma que no se exceda la presión

máxima de 3 bares (43,5 psi) en el cárter del motor.

La presión máxima en el cárter es de 3 bares, se pueden permitir breves picos de

presión de hasta 8 bares (116 psi). La presión permitida en el cárter cuando el motor esta

parado es de 8 bares.

El motor debe estar conectado siempre de forma que halla suficiente contrapresión en

la conexión de baja presión. Esto es especialmente importante a altas velocidades y con

inversión rápida.




32

4.4.1 MONTAJE DEL MOTOR EN EJE CONDUCIDO

Antes de montar el motor, se han de cumplir las precondiciones siguientes:

El material del conducido ha de ser de una calidad tal que cumpla con los requisitos

mínimos especificados por Hagglunds Drives.

El eje debe tener las dimensiones recomendadas.

Obsérvese que los acoplamientos están lubricados de fábrica con MoS2 (Molycote) en

las superficies cónicas y pernos. Estos lubricantes han de permanecer en dichas superficies,

pero el molycote no deberá ser transferido bajo ninguna circunstancia a las superficies entre el

eje conducido y el motor, por ello, es importante lavarse las manos si tienen molycote.

Una vez cumplidas tales condiciones, se puede iniciar el montaje:

Limpiar el eje accionado y el eje hueco del motor Marathon por fuera y por dentro.

Aceitar el eje accionado con aceite hidráulico.

Quitar los espaciadores entre las dos bridas de apriete del acoplamiento.

No apretar nunca los tornillos del acoplamiento hasta que el motor este montado en el eje

conducido.

Mantener la tensión en los cables, para evitar la inclinación del motor sobre el eje,

durante el apriete de los tornillos. El balanceo causado por la inclinación del motor origina

fuerzas extras sobre el rodamiento principal.




33

Recordar.

Los siguientes factores son importantes para el éxito del montaje:

Material y dimensiones correctos del eje conducido.

No lubricar con Molycote las superficies entre el motor y el eje, solo aceite hidráulico

ligero.

Alineamiento del motor en el eje (control de dimensiones)

La variación mínima en la separación entre las bridas de apriete. (Control de distancia)

Montaje del brazo de par en el motor.

El brazo de par se monta en el motor antes de montar este último en el eje conducido.

Limpiar las superficies de contacto del brazo de par y el motor con tricloroetileno o

disolvente similar.

Lubricar los tornillos con aceite

Asegurarse de que el brazo de par esta dirigido en la dirección correcta cuando el

motor este montado en su sitio en la maquina.

Alinear el brazo de par sobre el motor utilizando los tornillos.

Apretar los tornillos con el par necesario según tabla.

No soldar, taladrar, rectificar ni realizar trabajos similares sin aprobación de

Hagglunds Drives.




34

4.5 CONEXIONES DE ACEITE

MB 1600, MB 3200 Y MB 4000, en el suministro son en partes llenados con aceite

(Shell Tellus Korrhydraul S68).

Conexión Descripción OBSERVACIONES

R

Conexión principal

Si se usa R como entrada, el motor gira hacia la

derecha, visto

desde el lado del eje del motor.

L

Conexión principal

Si se usa L como entrada, el motor gira hacia la

izquierda, visto desde el lado del eje del motor.

D1 Conexión de drenaje Normalmente taponada a la entrada.

D2, D3

Conexiones de drenaje

alternativas.

Normalmente taponada a la entrada.

F

Conexión de

recirculación de aceite

Para recirculación del aceite de la junta de labios

radiales.

Normalmente taponada.

T

Conexiones de prueba

Se usan para medir la presión y la temperatura en las

Conexiones principales. Normalmente taponadas.

TABLA Nº 2 CONEXIONES DE ACEITE MOTOR HIDRÁULICO MARATHON

Cuando se utilizan tuberías de pared gruesa y en aplicaciones con inversiones

frecuentes, se recomienda conectar mangueras flexibles entre el motor y las tuberías para

evitar daños debido a vibraciones y para simplificar la instalación del motor. Las mangueras

deben ser lo mas cortas posibles.




35

4.5.1 SENTIDO DE GIRO DEL EJE DEL MOTOR

Con alta presión conectada en “R”, el eje del motor gira en el sentido de las flechas, es

decir en sentido horario visto desde el lado del eje del motor.

Con alta presión conectada en “L”, el motor gira en sentido contrario visto desde el

lado del eje del motor.

Alta presión

Si se usa R para alta presión

FIGURA Nº 5 SENTIDO DE GIRO DEL EJE DEL MOTOR

4.6 DRENAJE Y PURGA DEL MOTOR

Montaje horizontal

Cuando el motor está instalado con el eje en el plano horizontal, se puede realizar el

drenaje sin necesidad de purga especial. Siempre se debe utilizar la más alta de las conexiones

de drenaje D1 o D2. D1 y D2 se conectan directamente al depósito sin restricción alguna, para

asegurarse de no exceder la presión máxima del cárter del motor (ver anexo Nº 6).




36

Montaje vertical

Cuando el motor está montado verticalmente, una de las conexiones de purga debe

estar conectada a las vías del drenaje. La conexión que se va a usar depende de si el eje del

motor está dirigido hacia arriba o hacia abajo. Para asegurarse de que la purga se realiza

adecuadamente y de que el motor está completamente lleno de aceite, debe ser usada la

conexión del drenaje más alta (ver anexo Nº 7).

4.7 INSTRUCCIONES DE FUNCIONAMIENTO

Almacenaje

El motor se entrega protegido interiormente con una película de aceite, y exteriormente

con una capa antióxido esta protección es suficiente para almacenar el equipo en un local

templado bajo techo durante 12 meses.

Antes de la puesta en marcha

Comprobar que el motor esta montado de forma que gire en el sentido correcto.

Elegir el fluido adecuado según recomendaciones.

Llenar el cárter del motor con fluido hidráulico, vía un filtro, por las conexiones de drenaje

D1, D2 o por la conexión de purga (dependiendo de cómo este montado el motor).

Comprobar que el motor este protegido contra sobrecargas.

Comprobar que la contrapresión es la correcta.

Comprobar que todos los racores y tapones están adecuadamente apretados para que no

haya fugas.




37

Puesta en servicio

Durante la primera puesta en marcha y el periodo inmediatamente después de la misma,

comprobar toda la instalación hidráulica a fondo y realizar esto con frecuencia.

La presión en la vía de drenaje, medida en el motor, debe ser inferior a 3 bares, este límite

de presión es importante para la vida de servicio del motor.

En caso de fuga, reparar la avería y realizar nuevas mediciones.

Comprobar ajustes de tuberías, racores, tornillos, etc.

Comprobar otros posibles lugares de fuga y cambiar las piezas defectuosas.

Durante la fase de puesta en marcha, las partículas de suciedad en el sistema son

eliminadas por los filtros, los cartuchos de estos deben ser cambiados al cabo de 100 hrs.

de trabajo.

En la puesta en marcha del motor, es importante que la potencia de salida este limitada al

75% de la potencia máxima, de acuerdo con los datos técnicos.

4.8 MANTENIMIENTO PERIÓDICO DEL MOTOR

Cuando el sistema hidráulico lleva algún tiempo funcionando, habrá que someterlo a

mantenimiento periódico y revisión a intervalos que dependen del equipo y del tipo de trabajo.

Este mantenimiento periódico debe comprender las medidas siguientes:

Comprobar el sistema hidráulico para ver si hay fugas. Apretar los tornillos, cambiar las

juntas defectuosas y limpiar el sistema.




38

Inspeccionar y limpiar todos los filtros de aire, aceite y magnéticos, cambiar todos los

cartuchos de los filtros que den indicación de estar colmatados, inspeccionar y limpiar si es

necesario el deposito de aceite, la bomba, filtro, etc.

Comprobar la presión y la temperatura del fluido hidráulico y realizar otras operaciones

rutinarias, si es necesario regular las válvulas.

Comprobar el aceite hidráulico.

Comprobar que no haya entrado ninguna suciedad u otros contaminantes en el sistema

durante la inspección, comprobar que el motor hidráulico de la instalación se mantiene

libre de suciedad, ya que así resultara más fácil descubrir fugas y averías.

4.8.1 ESQUEMA DE MANTENIMIENTO

Tiempo de operación

Filtros de aceite

Aceite

Filtros de aire sobre depósito de

aceite

Brazo de par

Después de las 100

primeras horas

Cambio

Después de 3 meses o

500 horas

Cambio

Cada 6 meses

Cambio.

Inspección

Inspección

Cada 12 meses

Cambio

TABLA Nº 3 ESQUEMA DE MANTENIMIENTO DEL MOTOR HIDRÁULICO




39

Motor

Si el motor va a estar parado durante un periodo largo, alrededor de 1 mes, habrá que

proteger su interior contra el óxido. Esto puede hacerse como sigue:

Mezclar aditivos antioxidantes en el fluido hidráulico del sistema. Utilizar 5% de Rust

Veto Concéntrate. Este aditivo protege contra el óxido por un año, después del cual habrá

que hacer girar el motor unas cuantas vueltas.

Si no se usan aditivos habrá que girar el motor unas cuantas vueltas periódicamente.

Si no es posible girar el motor, taponar todas las conexiones, abrir la boca de drenaje D1 o

D2 en el extremo del cárter (o si el motor está montado en posición vertical las conexiones

de purga F en el extremo del cárter) y llenar el motor con fluido hidráulico

Filtros

Los filtros deben cambiarse después de las 100 primeras horas de trabajo. El segundo

cambio debe realizarse después de 3 meses o 500 horas de trabajo, según lo que ocurra

primero. A partir de entonces, cambiarlos a intervalos de 6 meses o 4.000 horas de operación.

Aceite (Análisis).

Se recomienda analizar el aceite cada 6 meses. El análisis debe incluir viscosidad,

oxidación, contenido de agua, aditivos y grado de suciedad. La mayoría de los

suministradores de aceite están equipados para realizar el análisis del aceite y recomendar

medidas adecuadas. Si se encontrará que el aceite está gastado habrá que cambiarlo

inmediatamente.




40

Oxidación

El aceite hidráulico se oxida con el tiempo de uso y la temperatura. Esto se aprecia por

los cambios de color y olor, aumento del grado de acidez o la formación de sedimentos en el

depósito. El grado de oxidación aumenta rápidamente a temperaturas superficiales por encima

de los 60°C (140°F), por lo que se debe controlar entonces el aceite con mayor frecuencia. El

proceso de oxidación incrementa el grado de acidez del fluido. Típicamente, la oxidación

tiene lugar lentamente al principio y luego aumenta rápidamente.

Contenido de agua

La contaminación del aceite con agua se puede descubrir tomando muestras del fondo

del depósito. La mayoría de los aceites hidráulicos no se mezclan con el agua, la cual se

deposita entonces en el fondo del depósito. Esta agua debe ser extraída a intervalos regulares.

Ciertos tipos de aceites para transmisiones o para motores emulsionan agua; esto puede

apreciarse por las capas en los cartuchos de los filtros o por los cambios de color del aceite.

Grado de suciedad

Un gran contenido de suciedad en el aceite implica un aumento de desgaste de los

componentes del sistema hidráulico. La causa de la contaminación ha de ser investigada y

remediada inmediatamente.




41

4.9 LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS

TABLA Nº 4 LOCALIZACIÓN DE AVERÍAS EN EL MOTOR HIDRÁULICO

Averías

Causa probable Remedio

El motor no funciona

Parada mecánica en el sistema. El motor no proporciona un par suficiente debido a que la presión diferencial en el motor no es suficientemente elevada con relación a la carga. El motor no recibe aceite o la cantidad es insuficiente.

Comprobar la presión del sistema. Si la presión ha alcanzado el ajuste de la válvula de alivio, quitar la carga sistema. Verificar el nivel de presión en el circuito y corregir el ajuste de la válvula limitadora de presión si es necesario. Comprobar el circuito hidráulico. Comprobar las fugas externas del motor (por la conexión D).

El motor gira en sentido incorrecto

Las conexiones de alimentación de aceite al motor no están conectadas correctamente.

Conectar correctamente la alimentación de aceite.

El motor marcha irregularmente.

Fluctuaciones de presión o de caudal en el circuito hidráulico.

Investigar la causa en el circuito o en la transmisión mecánica.

Ruido en el motor.

El motor está funcionando con un valor demasiado bajo en la vía de baja presión. Fallos internos en el motor.

Ajustar la presión en la vía de baja al nivel correcto Si es necesario comprobar el drenaje. Poner un tapón magnético y comprobar las partículas que se pegan al imán, partículas metálicas indican daños internos. Observar que pueden depositarse partículas finas de fundición, lo cual significa daños internos en el motor.

Fugas externas de aceite en el motor por el retén.

Retén de eje deteriorado. Cambiar al retén del eje.




42

CAPITULO Nº 5

UNIDAD HIDRÁULICA

5.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Componentes principales.

1. Bomba hidráulica.

2. Motor eléctrico.

3. Sistema de control, Spider (opcional).

4. Enfriados de agua-aceite (opcional).

5. Filtro de aceite (drenaje).

6. Filtro de aceite (retorno).

7. Filtro de aire.

8. Válvula de agua (opcional).

9. Caja de conexiones.

10. Indicador de tubería de succión.

11. Interruptor de nivel.

12. Termostato.

13. Calentador de aceite (opcional).

14. Acumulador (opcional).

15. Indicador de nivel.

16. Grifo de vaciado del depósito de aceite.

17. Grifo de vaciado de bandeja de aceite.

18. Manómetro de presión de carga.

19. Manómetro de presión de trabajo.

FIGURA Nº 6 COMPONENTES PRINCIPALES UNIDAD HIDRÁULICA




43

La idea del grupo hidráulico es proporcionar al motor o a los motores hidraulicos (o a

otros sistemas hidraulicos) el caudal y la presión de aceites necesarios en el momento

oportuno. Todas las piezas incluidas se montan en uno o más armarios compactos. La bomba

principal es del tipo de pistones axiales, caudal variable para sistemas en circuito cerrado y el

motor eléctrico esta completamente cerrado.

El grupo hidráulico es muy flexible con una amplia gama de opciones, esto permite

seleccionar un grupo hidráulico estándar que cumple las características necesarias para

desarrollar o llevar a cabo muchas aplicaciones diferentes

5.2 ELECCIÓN DEL FLUIDO HIDRÁULICO

El grupo hidráulico a sido diseñado primordialmente para funcionar con fluidos

hidraulicos convencionales derivados del petróleo. El fluido hidráulico a utilizar deberá

cumplir con los siguientes requisitos:

FZG 90 etapa 11, según se describe en IP 334 (DIN 51354).

Contener inhibidores que impidan la oxidación, la corrosión y la espuma.

Tener una viscosidad dentro de los márgenes indicados para grupo y motor hidráulico a la

temperatura de trabajo (medida en el circuito).

Tener un contenido de agua inferior al 0,1%, mientras que en aplicaciones industriales con

elevadas demandas de vida de servicio menos del 0.05% de agua.

Para otros fluidos hidráulicos, se sebe contactar con un representante de Hägglunds Drives

cuando:

Pueda necesitar otras juntas para la bomba y otros componentes.




44

Se pueda reducir la vida de servicio de las bombas a máxima presión y máxima velocidad.

Algunos fluidos sean imposibles de usar

5.2.1 REQUERIMIENTOS DE LIMPIEZA DEL FLUIDO HIDRÁULICO

Los grupos hidraulicos están equipados con filtros en las líneas de retorno y drenaje.

Con el objeto de lograr la vida útil de servicio estimada, es importante seguir las

recomendaciones de nivel de limpieza y mantenimiento.

Recomendaciones de nivel de limpieza.

Limpiar el sistema antes del arranque.

Cuando se llena el depósito con fluido hidráulico, es importante hacerlo por la conexión

especial para el llenado de aceite.

El nivel de contaminación de sólidos en el sistema no debe exceder ISO/DIS 4406 16/13

(NAS 1638, clase7).

El contenido de agua deberá ser inferior a 0.1% y en aplicaciones industriales con elevadas

demandas de vida de servicio menos del 0.05% de agua.

Emplear siempre cartuchos de filtros recomendados y suministrados por la organización de

Hägglunds Drives.

Analizar el fluido hidráulico según los intervalos de mantenimiento especiales para el

grupo hidráulico específico. Tener cuidado especial al desmontar equipos para la

reparación o el mantenimiento, para que no entre suciedad en el sistema. Limpiar antes de

abrir el equipo.




45

5.3 AGUA DE REFRIGERACIÓN

El sistema de refrigeración ha sido diseñado primordialmente para que funcione con

agua dulce limpia, por lo que es importante:

Mantener correctamente el filtro de agua (si esta presente en el equipo), con el objeto de

obtener el caudal de agua necesario a través del enfriador de agua-aceite.

Tener el caudal, la presión y la temperatura requeridos para el agua de refrigeración.

Controlar la temperatura del sistema hidráulico, según los niveles de mantenimiento

especiales para el grupo hidráulico específico o los intervalos máximos en la tabla de

mantenimiento.

Limpiar los sistemas de refrigeración si la temperatura del sistema hidráulico es superior a

los límites especificados debido a una capacidad de refrigeración demasiado baja.

Limpiar y vaciar el sistema de refrigeración (lado del agua) antes de los periodos de parada

(especialmente si el agua no está completamente limpia)

“Si la capacidad de refrigeración es demasiado baja, se reducirá la vida útil del motor

hidráulico, de los componentes principales del grupo hidráulico y del fluido hidráulico”.

5.4 INSTALACIÓN DE LA UNIDAD

Para que el grupo hidráulico funcione debidamente, es necesario instalarlo según estas

instrucciones, se deben tener en cuenta las condiciones en que va a funcionar el grupo. La

instalación incorrecta sin seguir las instrucciones y de la documentación técnica adjunta,

puede afectar el funcionamiento o la vida de servicio del grupo hidráulico (ver anexo Nº 8).




46

“No colocar nunca el grupo hidráulico directamente contra una pared u obstrucción

similar, ya que no podrá tener la ventilación necesaria”.

Colocar el grupo hidráulico

Sobre una base sólida y nivelado (para evitar vibraciones).

De forma en que se facilite el mantenimiento y servicio.

Protegido contra la intemperie, las salpicaduras, la contaminación y el calor de radiación.

De forma que se garantice la ventilación libre para refrigeración del motor eléctrico y del

enfriador aire-aceite.

De forma que se minimice el largo de las tuberías.

Las conexiones principales del grupo hidráulico tienen que estar siempre conectados a

los tubos con mangueras

FIGURA Nº 7 ESQUEMA DE INSTALACIÓN DE LA UNIDAD HIDRÁULICA




47

5.5 MONTAJE DEL MOTOR ELÉCTRICO

En ciertos casos, el o los motores eléctricos se entregan por separado. Estas

instrucciones se aplican a tales casos.

Desembalado del motor eléctrico

Desembalar el motor eléctrico inspeccionándolo para ver si presenta daños exteriores

asegurándose de que los datos de la placa coincidan con los de la documentación técnica.

Controlar el acoplamiento del eje.

Controlar si la holgura axial del acoplamiento coincide con la tabla y la figura anexo, y

que esta apretado el tornillo de bloqueo.

FIGURA Nº 8 INSTRUCCIONES DE MONTAJE DEL MOTOR ELÉCTRICO

Montar el motor eléctrico en el grupo motor

Elevar el motor eléctrico dentro del grupo hidráulico, es importante que cuelgue en

posición perpendicular. Encajar el acoplamiento del eje por el agujero de inspección en el

acoplamiento de estrella de nylon sin dañarlo.




48

5.6 CONEXIONES HIDRÁULICAS

Para el montaje de las conexiones hidráulicas, se deben tener en cuenta los siguientes

puntos:

Dejar las protecciones en su sitio hasta el montaje final.

Es importante montar todos los tubos con suficiente espacio de trabajo para el

mantenimiento del grupo hidráulico.

Usar siempre mangueras para unir la bomba con los tubos.

Bomba Tamaño Dim Conex Princ. A & B

Dimensión agujeros roscados ** Espesor brida estándar

conexión mm (pulg.) Gewinde Tiefe mm (Zoll)

HD

PA 130 1 ¼” ½ - 13 UNC 20 (0.79) 27 (1.06) PA 180

PA 250 1 ½” 5/8 – 11 UNC 22 (0.87) 30 (1.18) PA 360

PA 500 2” ¾- 10 UNC 25 (0.98) 37 (1.46)

Denison

P6/P7 1 ½” 5/8 – 11 UNC 27(1.06)

30 (1.18) P11/P14

P24/P30 2” ¾ - 10 UNC 37 (1.46)

TABLA Nº 5 CONEXIONES HIDRÁULICAS PRINCIPALES

Tamaño de armario Dimensión de la conexión

Tubería de drenaje Limpieza

1 BSP 1” Hembra BSP 1 ¼” Hembra

2 BSP 1 ¼” BSP 1 ¼” Hembra

TABLA Nº 6 CONEXIONES HIDRÁULICAS DE DRENAJE Y LIMPIEZA




49

Todas las medidas del sistema hidráulico deberán efectuarlas personal de servicio

calificado, atento de la importancia de su labor y de sus riesgos. Las conexiones A y B (de

alta presión) requieren un alto nivel de precisión.

5.6.1 LLENADO DEL SISTEMA CON FLUIDO HIDRÁULICO

Llenado.

Usar una bomba de llenado con un filtro de 10 micras o más fino.

Normalmente el fluido nuevo no esta filtrado e introducirá suciedad en el sistema, es por

este motivo que siempre se debe llenar con fluido nuevo a través de un filtro. No verter

nunca el fluido hidráulico en el depósito por el filtro de aire.

FIGURA Nº 9 ESQUEMA DE LLENADO DE LA UNIDAD HIDRÁULICA




50

Bombear el fluido por el acoplamiento rápido debidamente marcado, como se muestra

en la figura anterior. El acoplamiento rápido es a prueba de oxido. El fluido ingresado al

sistema será filtrado por el filtro de drenaje para obtener mejores resultados

Llenar el depósito con aceite hasta 20 mm (0.79 pulg.) por debajo del nivel mínimo de

la mirilla de nivel del deposito, antes de arrancar por primera vez el equipo.

Volumen Litros (Galones Americanos)

Motor MB 1160 MB 1600 MB 2400 MB 3200

230 L (60.7 GA) 230 L (60.7 GA) 270 L (71.2 GA) 335 L (88.4 GA)

TABLA Nº 7 CAPACIDAD DE ALMACENAJE DE ACEITE DEL MOTOR

5.7 CONEXIONES ELÉCTRICAS

Instrucciones de seguridad

Todo equipo eléctrico esta diseñado para que lo instale y lo use personal calificado que

este familiarizado con los requerimientos de seguridad aplicables.

Es necesario tener un equipo de seguridad para la prevención de accidentes en el lugar de

la instalación y sitio de trabajo según la legislación vigente en el país correspondiente.

Efectuar la conexión de tierra según la normativa local antes de conectar el equipo

eléctrico a la tensión de la red.

Todos los niveles de alimentación eléctrica han de estar dentro de los límites de diseño del

equipo.




51

5.8 CONEXIONES DE AGUA

El agua de refrigeración debe cumplir los requisitos necesarios de caudal, presión,

temperatura y nivel de limpieza, de lo contrario se reducirá la fiabilidad del equipo completo

accionado. Es importante que todas las tuberías del grupo estén instaladas dejando espacio de

trabajo suficiente para el mantenimiento. Las tuberías de agua y el enfriador pueden necesitar

aislamiento para impedir condensación de agua y la congelación durante el invierno.

Tamaño de armario Dimensión de la conexión

Agua

1 BSP 1” Hembra

2 BSP 1 ¼”

TABLA Nº 8 CONEXIONES DE AGUA DEL MOTOR




52

CAPITULO Nº 6

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

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 técnicas y sistemas

que actuando sobre los medios de producción permiten:

Reparar las averías que se presenten.

Prever estas averías mediante revisiones y otras técnicas más complejas como técnicas

estadísticas, seguimiento y diagnóstico de máquinas.

Especificar las normas de manipulación y buen funcionamiento a los operadores de las

máquinas.

6.1 TIPOS DE MANTENIMIENTO

Todos los tipos o estrategias de mantenimiento tienen como objetivo el maximizar la

disponibilidad de las unidades (máquinas, estructura, etc.) al menor costo posible con el fin

último de aumentar la productividad de la empresa. Se puede decir que existen 4 tipos básicos

de mantenimiento.

6.1.1 MANTENIMIENTO CORRECTIVO O REACTIVO

Se reparan todos aquellos defectos que han ocurrido o que se sabe que han ocurrido.

En ese instante la unidad se restituye a una condición admisible de utilización.




53

6.1.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Consiste en la realización de rondas de supervisión o de sustitución en periodos fijos de

tiempo. Este mantenimiento siempre es programado y planificado.

6.1. 3 MANTENIMIENTO PROACTIVO

Este tipo de mantenimiento está basado en controlar (detectar y minimizar) las causas

que son la raíz de las fallas de las máquinas. Su objetivo es maximizar la vida operativa de la

unidad.

6.1.4 MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Consiste en el análisis de parámetros de funcionamiento cuya evolución permite

detectar un fallo antes de que este tenga consecuencias más graves. Las necesidades de

mantenimiento se programan cuando se detecta un problema.

En general, el Mantenimiento Predictivo, consiste en estudiar la evolución temporal de

ciertos parámetros y asociarlos a la evolución de fallos, para así determinar en que periodo de

tiempo, ese fallo va a tomar una relevancia importante, para así poder planificar todas las

intervenciones con tiempo suficiente, para que ese fallo nunca tenga consecuencias graves.

Una de las características más importantes de este tipo de mantenimiento es que no

debe alterar el funcionamiento normal de la planta mientras se está aplicando.




54

La inspección de los parámetros se puede realizar de forma periódica o de forma

continua, dependiendo de diversos factores como son: el tipo de planta, los tipos de fallos a

diagnosticar y la inversión que se quiera realizar.

6.2 CONCEPTOS DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO

La finalidad del mantenimiento predictivo es evaluar en todo instante la condición de

la máquina o equipo a través de la medición de síntomas que ella emite al exterior,

identificando cualquier problema presente o inminente y prediciendo cuando deberían

realizarse acciones correctivas.

Dentro de este concepto, es importante destacar que debido al desgaste a que están

sometidos los equipos y máquinas de producción, las fallas son algo inevitable. Un problema

en una máquina importante o de alto costo, puede traer grandes consecuencias económicas. Es

por esto que las empresas clasifican sus máquinas y equipos según una relación costo

beneficio, y según su disponibilidad, logrando una mejor administración de los recursos y

aumentando así la productividad. Podemos clasificar las máquinas, según su relación costo -

beneficio, en tres tipos:

6.2.1 MÁQUINAS CRÍTICAS

Son aquellas máquinas que son vitales para el proceso productivo, y su detención

significa una gran pérdida de producción y costo. Son máquinas con requerimiento de

disponibilidad muy alto (funcionan 24 hr. al día, 365 días al año), o aquellas máquinas de

costo elevado, en que un problema pequeño puede traer grandes consecuencias.




55

6.2.2 MÁQUINAS SEMI-CRÍTICAS

Existen máquinas que son esenciales para parte del proceso productivo, pero no en su

totalidad. Estas requieren de cuidado, pues su detención significa una disminución de

producción que puede afectar en la confiabilidad de un pedido.

6.2.3 MÁQUINAS NORMALES O NO CRÍTICAS

Estas máquinas no son esenciales para operación continua de la planta, pero de algún

modo aportan en los procesos productivos. Es importante controlarlas para una buena

organización de los stocks de repuestos.

Según los requerimientos de producción, las máquinas y equipos deben funcionar una

cantidad de tiempo determinado, exigiendo una disponibilidad en cada caso. Un paro de

planta no programado trae como consecuencia una serie de gastos directos como mano de

obra, repuestos, servicios contratados, y costos indirectos como son la pérdida de producción,

seguridad, energía, y muchos otros. Es por esto que la planificación y programación de la

mantención debe ser cuidadosa y destinar todos los recursos tecnológicos y humanos para

maximizar el número de horas disponibles de una máquina o equipo, con el mínimo costo y

máxima seguridad.

Para máquinas consideradas como críticas, la detección temprana de fallas puede traer

grandes beneficios. Además de permitir una buena planificación de la mantención, evitando

problemas imprevistos, las técnicas de detección incipiente de fallas nos entregan gran

información para un buen manejo de los stocks de repuestos.




56

6.3 VENTAJAS DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Reduce el tiempo de parada al conocerse exactamente que órgano es el que falla.

Permite seguir la evolución de un defecto en el tiempo.

Optimiza la gestión del personal de mantenimiento.

Requiere una plantilla de mantenimiento más reducida.

La verificación del estado de la maquinaria, tanto realizada de forma periódica como de

forma continua, permite confeccionar un archivo histórico del comportamiento mecánico

y operacional muy útil en estos casos.

Conocer con exactitud el tiempo límite de actuación que no implique el desarrollo de un

fallo imprevisto.

Toma de decisiones sobre la parada de una línea de máquinas en momentos críticos.

Confección de formas internas de funcionamiento o compra de nuevos equipos.

Permitir el conocimiento del historial de actuaciones, para ser utilizada por el

mantenimiento correctivo.

Facilita el análisis de las averías.

Permite el análisis estadístico del sistema.




57

6.4 EVALUACIÓN Y METAS DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO

La evaluación y metas del mantenimiento predictivo consta de tres pilares

fundamentales como: vigilancia de maquinas, pronostico de vida y diagnostico de fallas los

que se detallaran a continuación.

6.4.1 VIGILANCIA DE MÁQUINAS

La función principal de la vigilancia de máquinas es detectar cuando existe un

problema, ya sea incipiente o avanzado, y determinar cuan mala es la condición en que se

encuentra. Suponiendo que existen variables físicas medibles (temperatura, variaciones de

velocidad, estado vibracional, etc.), se puede determinar el estado de una máquina, esto

siempre y cuando exista una correcta elección de las variables a controlar y de la(s) técnica(s)

a utilizar.

Debido a la diversidad de fallas o problemas que se pueden presentar en un equipo, es

muy difícil encontrar casos generales o recetas. Es más, dos fallas en equipos con iguales

características no evolucionan de la misma forma, es por esto que la etapa de vigilancia se

transforma en una base muy importante para un posterior análisis.

Para estructurar un programa de vigilancia de máquinas y lograr un control sobre los

distintos equipos que la componen, se tiene que:

Conocer el funcionamiento de la máquina en terreno y los elementos que la componen.

Identificar las fallas a controlar en cada máquina y equipo.

Determinar que síntomas monitorear.

Utilizar técnicas para detección incipiente de fallas.




58

La vigilancia de máquinas usa diferentes técnicas, las cuales usadas en forma

combinada pueden predecir la mayoría de los problemas mecánicos, eléctricos, aerodinámicos

o hidrodinámicos encontrados en las plantas industriales. A continuación en la tabla se

indican las técnicas más utilizadas para la vigilancia de las máquinas.

TABLA Nº 9 TÉCNICAS MAS UTILIZADAS EN LA VIGILANCIA DE MAQUINAS

Para máquinas consideradas críticas, la detección temprana de fallas puede traer

muchos beneficios. Una vez detectado el problema, se pueden realizar seguimientos y

vigilancias especiales, logrando diagnósticos acertados y aumentando la confiabilidad de los

pronósticos de vida.

Técnica Aplicación

Análisis periódico de vibraciones Todos los equipos rotatorios.

Análisis de aceites y de partículas en

desgaste

Equipos críticos de baja velocidad.

Termografía. Componentes eléctricos, aislamientos

térmicos.

Análisis de estator en motores y ensayo de

pulsaciones eléctricas.

Degradación del estator del motor,

degradación del aislamiento.

Análisis espectral de la corriente de un

motor. Estado de las barras del rotor, excentricidad.

Análisis ultrasónico ambiental. Fugas de fluido a presión, fugas de vacío,

trampas de vapor, válvulas, condensadores.

Pulsos de eco ultrasónico Espesores de estanques y cañerías.

Detección de fisuras o falta de adherencia




59

En máquinas de baja velocidad las técnicas de ondas de esfuerzo, permiten detectar

fallas que se producen en algunos elementos críticos de ellas como son descansos, engranajes,

acoplamientos, etc., que es uno de los problemas que enfrenta el análisis espectral de

vibraciones.

La adquisición de datos es el paso más importante en la evaluación de la condición de

la máquina. Los puntos de medición deben ser estudiados cuidadosamente según la aplicación

o el tipo de máquina, y el transductor debe ser ubicado en la zona de carga. La zona de carga

depende de la geometría interna de la máquina y de las distintas fallas que generan cargas

axiales o radiales.

Para las mediciones en terreno, se pueden seleccionar puntos en donde se realizan

periódicamente según una ruta programada, o también se miden cuando el equipo emite algún

síntoma de problemas. En máquinas consideradas como críticas, como son las máquinas

papeleras, secadoras, calderas etc. la disponibilidad es muy exigente y se deben hacer

seguimientos a aquellos problemas que puedan traer alguna consecuencia grave.

6.4.2 DIAGNÓSTICO DE FALLAS

Al producirse un problema en una máquina o equipo, existe algún cambio en las

variables que se están vigilando. Algunos de estos cambios son perceptibles por los sentidos

humanos, y pueden ayudar en el análisis. En esta etapa se debe diagnosticar cual es la falla

que se ha generado, lo cual requiere de un gran conocimiento de el funcionamiento del sistema

y un grado de experiencia del usuario.




60

La importancia de un diagnóstico de falla acertado es vital en el caso de máquinas

críticas, donde los costos por pérdida de producción hacen que la detención de una de estas

máquinas para su inspección resulte prohibitivo económicamente.

Como se verá más adelante, las distintas fallas que se pueden diagnosticar en máquinas

rotatorias hacen que en esta etapa se reúna toda la información necesaria y no se deben hacer

diagnósticos sin utilizar todas las herramientas como en este caso son el análisis espectral de

vibraciones y la demodulación. Es más, estas técnicas deben ser también complementadas con

análisis de aceites, temperatura y otros ensayos no destructivos si son requeridos.

6.4.3 PRONOSTICO DE VIDA

Determinar cuánto tiempo puede funcionar la máquina sin riesgo una vez

diagnosticado un problema en ella.

Una vez diagnosticado el problema, ya sea incipiente o más avanzado, se deberá estimar

cuanto tiempo puede funcionar la máquina sin que ella corra ningún riesgo. Un imprevisto en

una máquina crítica es muy costoso y un mal pronóstico puede traer consecuencias. Es por

esto que se destinan recursos para adquirir la tecnología necesaria que, junto con la

experiencia del usuario, permitan establecer pronósticos de vida acertados.

Es importante destacar que existe una gran dificultad para hacer un pronóstico preciso

y cambiar un elemento justo antes que falle. Los problemas que se presentan en máquinas

rotatorias son de diversa naturaleza y su comportamiento va a depender de sus características

y condiciones de funcionamiento.




61

Para determinar la condición mecánica de una máquina por medio de la vibración

emitida, es necesario evaluar la severidad vibratoria. Para problemas como desbalanceo y

desalineamiento existe una norma, actualmente vigente, que evalúa la severidad vibratoria. La

norma ISO 10816 en su tercera parte, incluye las máquinas con potencias de más de 15 KW, y

velocidades entre 120 RPM. y 15000 RPM., entregando valores de alarma en amplitud RMS,

velocidad y desplazamiento.

Existen otros tipos de fallas, especialmente en máquinas de baja velocidad, en las

cuales el análisis espectral encuentra algunos problemas. En estos casos, y como se verá más

adelante, las técnicas de ondas de esfuerzo permiten identificar las fallas con más exactitud.

Los pronósticos de vida requieren de una gran experiencia del analista. Además de

utilizar técnicas de diagnóstico y todas las herramientas necesarias, este deberá manejar otros

conceptos que pueden ayudar a una buena planificación, evitando así cualquier imprevisto.

6.5 EVALUACIÓN DE LA CONDICIÓN SEVERIDAD VIBRATORIA

En la vigilancia de las maquinas rotatorias, una de las preguntas fundamentales que es

necesario responder es ¿Cuándo es demasiada vibración para una maquina o estructura

determinada? o dicho de otra forma que tan severa es la vibración a la que esta sometida la

maquina o estructura. Para definir la severidad de una vibración, es necesario definirla

respecto al daño específico que esta puede generar.




62

6.5.1 NORMATIVA EN EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES

Respecto a las máquinas rotatorias.

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. "Mechanical vibration Evaluation of machine vibration by measurements

on non-rotating parts. Part 1 General guidelines" establece los parámetros a medir,

procedimientos, instrumentación y condiciones de operación recomendados para tomar las

mediciones.

Para su evaluación divide a las máquinas de acuerdo a su tamaño (potencia), de acuerdo

al tipo de máquina y de acuerdo a su sistema de montaje. Califica el nivel vibratorio en cuatro

calidades: A, B, C y D.

El nivel vibratorio de calidad A corresponde al de una máquina en buen estado y debería

ser el valor de aceptación para una máquina nueva. En el otro extremo, una calidad de

vibración D se considera ser suficientemente severa como para causar daño a la máquina.




63

Rangos de

calificación

Rango de

velocidad

RMS

(mm/s)

Tipos de maquinas

Clase I

Clase II Clase III Clase IV

0.28 0.18 a 0.28

A A

A A

0.45 0.28 a 0.45

0.71 0.45 a 0.71

1.12 0.71 a 1.12 B

1.8 1.12 a 1.8 B

2.8 1.8 a 2.8 C B

4.5 2.8 a 4.5 C B

7.1 4.5 a 7.1

D

C 11.2 7.1 a 11.2

D C

18 11.2 a 18 D

28 18 a 28 D

TABLA Nº 10 NORMATIVA DE EVALUACIÓN DE SEVERIDAD VIBRATORIA EN MAQUINAS ROTATIVAS SEGÚN ISO 10816-1

TIPO DE MAQUINA ( ENTRE 10 Y 200 REV/S)

Clase I Maquinas pequeñas bajo 15 KW, (20HP)

Clase II Maquinas de tamaño mediano de 15 a 75 KW, o maquinas rígidamente

montadas hasta 300 KW.

Clase III Maquinas grandes sobre 300 KW montadas en soporte rígidos.

Clase IV Maquinas grandes sobre 300 KW montadas en soportes flexibles.

TABLA Nº 11 EVALUACIÓN DE MAQUINAS DE ACUERDO A TAMAÑO (POTENCIA), DE ACUERDO

AL TIPO DE MAQUINA Y A SU NIVEL DE MONTAJE




64

CALIDAD DE LA VIBRACIÓN

A Buena

B Satisfactoria

C Insatisfactoria

D Inaceptable

TABLA Nº 12 CALIDAD DE LA VIBRACIÓN EN MAQUINAS ROTATORIAS

Esta normativa utiliza para evaluar la severidad de vibraciones de baja frecuencia (f <

10 Hz) el desplazamiento RMS, para vibraciones de frecuencias intermedias (10 f 1000 Hz)

la velocidad RMS, y para vibraciones de alta frecuencia (f > 1000 Hz) la velocidad RMS.

Esto considerando el hecho que a bajas frecuencias el problema más serio que generan las

vibraciones son los esfuerzos o la fatiga a bajos ciclos; en el rango medio de frecuencias es el

efecto de la fatiga y a altas frecuencias son las fuerzas de inercia que generan las vibraciones.

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: “Mechanical vibration of non- recip rocating machines. Measurement on rotating

shafts and evaluation criteria".

Este último estándar establece límites para las vibraciones del eje de la máquina con el

objeto de:

Evitar sobrecargas dinámicas excesivas sobre los descansos, los cuales pueden dañar el

metal blanco.




65

Que los desplazamientos vibratorios del eje sean compatibles con los juegos internos del

rotor con las partes fijas de la máquina (estator, sellos). La severidad vibratoria la

cuantifica este estándar por la medición del desplazamiento vibratorio máximo del eje

respecto al descanso.

Respecto a máquinas con movimiento alternativo.

Las razones porque se establecen límites para las vibraciones (en general aplicado a

cualquier parámetro medido) son de dos tipos:

Limites absolutos son establecidos para avisar de condiciones que podrían resultar en

fallas.

Limites para el cambio en los valores, los cuales son establecidos para proveer un aviso

temprano de variaciones anormales.

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, ver ISO 10816-1: "Mechanical vibration. Evaluation of machina

vibration by measurement on non-rotating parts. Part 6: Reciprocating machines with power

rating above 100 kW.

Una máquina con movimiento alternativo, como ser un motor Diesel, es una máquina

robusta diseñada para soportar los esfuerzos que generan las explosiones que se producen

dentro de ella. De aquí, que los esfuerzos generados por las vibraciones son para este tipo de

máquinas, marginales.




66

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.

Existen normativas al respecto, tales como ASA 95-1990 ó ANSI S2.47: "American

National Standard. Vibration of Buildings. Guidelines for the measurement of vibrations and

evaluation of their effects on buildings".

Esta normativa, a diferencia de la existente para las máquinas, no da valores numéricos

que permitan la evaluación de la severidad de la vibración. Esta normativa es solamente

cualitativa. Indica los diferentes factores que deben ser considerados para su evaluación; como

tomar en cuenta 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 existente para las máquinas de valores que permite

evaluar la severidad de sus vibraciones se debe a que la razón entre las diferentes dimensiones

de una misma máquina es relativamente constante, lo que permite relacionar niveles

vibratorios y esfuerzos generados por ellos. Sin embargo, esto no sucede en las estructuras,

donde las dimensiones relativas en las tres direcciones de ellas pueden variar

considerablemente.




67

Respecto a las personas.

La norma más importante y ampliamente conocida es la norma ISO 2631: "Mechanical

vibration and shock. Evaluation of human exposure to whole-body vibration. Part 1: General

requirements", cuya primera edición apareció en 1972. La revisión más reciente corresponde

a 1997.

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.

Las quejas médicas incluyen dolor vertebragénico, deformaciones de la columna

vertebral, fatiga, enfermedades de los músculos del esqueleto, desórdenes hemorroidales, etc.

Esta norma utiliza para evaluar la severidad vibratoria la aceleración RMS entre 1 y 80 (Hz)

medida en tres direcciones mutuamente ortogonales. Limita el nivel vibratorio de acuerdo a la

frecuencia de la vibración.

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).




68

CAPITULO Nº 7

VIBRACIONES MECÁNICAS

7.1 TODAS LAS MAQUINAS VIBRAN

Seguramente cada persona involucrada en el tema de mantenimiento ya escuchó hablar

sobre monitoreo de condición de maquinas, simplemente significa que cada máquina será

sometida a un 'chequeo de funcionamiento', normalmente con una inspección de vibraciones.

En el caso más simple, el instrumento recolector analizador de vibraciones proveerá de

un espectro y un valor numérico, el cual podrá ser analizado y comparado con valores de un

estándar o una norma, para indicar el estado de la máquina, por ejemplo `bueno', 'satisfactorio'

o 'malo' según (DIN ISO 10816-3) sin embargo hoy, las normas son el apoyo necesario para

apoyar un diagnostico, pero no lo es todo, existe también el análisis espectral, que permite el

análisis del espectro en frecuencias, que define la condición real de la maquina y no solo su

severidad vibratoria

Vibración excesiva implica:

Aumento del desgaste

Reducción del tiempo de funcionamiento de la máquina

Aumento en el esfuerzo de reparación

Una mala calidad del producto

Un consumo de energía elevado




69

El tiempo muerto, la pérdida de producción y la reparación, dan lugar a altos costos.

La supervisión de condición de maquinaria no sólo ahorra dinero, sino que también se paga a

largo plazo, con la operación de maquinaria sin problemas.

Supervisión de condición vibracional vale la pena, niveles de vibración bajos,

significan:

Menos desgaste mecánico y mejor calidad de producción y calidad del producto.

Menos carga y tensión en los rodamientos y por tanto intervalos de servicios más

largos.

Menor desgaste del acoplador, desgaste reducido de elementos de sello.

Menos impurezas y pérdidas de lubricante mínimas.

Menor gasto de energía.

Largo funcionamiento de maquinaria, menos reparaciones, menos costos.

FIGURA Nº 10 EXCESIVA VIBRACIÓN DE LA MAQUINA ES LA CAUSA DE MUCHOS PROBLEMAS




70

7.2 CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS

Son muchas, pero básicamente las vibraciones se encuentran estrechamente

relacionadas con tolerancias de mecanización, desajustes, movimientos relativos entre

superficies en contacto, desbalances de piezas en rotación u oscilación, es decir, todo el campo

de la técnica.

Los fenómenos anteriormente mencionados producen casi siempre un desplazamiento

del sistema desde su posición de equilibrio estable originando una vibración mecánica.

7.3 CONSECUENCIAS DE LAS VIBRACIONES

La mayor parte de vibraciones en máquinas y estructuras son indeseables porque

aumentan los esfuerzos y las tensiones y por las pérdidas de energía que las acompañan.

Además, son fuente de desgaste de materiales, de daños por fatiga y de movimientos y ruidos

molestos.

Todo sistema mecánico tiene características elásticas, de amortiguamiento y de

oposición al movimiento; unas de mayor o menor grado a otras; pero es debido a que los

sistemas tienen esas características lo que hace que el sistema vibre cuando es sometido a una

perturbación.

Toda perturbación se puede controlar, siempre y cuando anexemos bloques de control

cuya función de transferencia sea igual o invertida a la función de transferencia del sistema.

Si la perturbación tiene una frecuencia igual a la frecuencia natural del sistema, la amplitud de

la respuesta puede exceder la capacidad física del mismo, ocasionando su destrucción.




71

7.4 INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE VIBRACIONES

Los equipos que contienen partes móviles poseen una gran variedad de frecuencias de

vibración. Estas frecuencias son gobernadas por la naturaleza de la fuente de vibración, y

puede variar en un amplio rango o espectro. Por ejemplo, la frecuencia de vibración asociada

con una caja de engranajes incluye la frecuencia primaria de rotación del eje, y sus armónicos,

además de la frecuencia de contacto de los dientes, para cada set de engranajes, las frecuencias

del paso de bolas de los rodamientos, etc. Si alguna de estas componentes comienza a fallar,

sus vibraciones características cambian, y es mediante el análisis de vibraciones que se

detectan y analizan estos cambios.

El análisis de vibraciones cuando está aplicado correctamente, permite al

“vibroanalista” detectar pequeños defectos mecánicos incipientes mucho antes de que estos

presenten una amenaza en contra de la integridad de la máquina.

Debido a que las vibraciones poseen tres diferentes magnitudes para ser evaluadas,

desplazamiento, velocidad y aceleración, es necesario, primeramente decidir cuál de las tres

magnitudes se va a medir y que sensor se va a utilizar. En general, un sensor de

desplazamiento es más sensible a la baja frecuencia, un sensor de velocidad a los rangos

medios y un sensor de aceleración a la alta frecuencia. También es bueno señalar que una

vibración grabada como desplazamiento versus frecuencia se puede convertir en una gráfica

de velocidad versus frecuencia por el procedimiento de diferenciación.




72

La diferenciación involucra una multiplicación por la frecuencia, eso quiere decir que

la velocidad de la vibración a cualquier frecuencia es proporcional al desplazamiento

multiplicado por la frecuencia. Para obtener aceleración desde velocidad, se requiere otra

diferenciación, y eso resulta en otra multiplicación por la frecuencia.

Otro parámetro importante de las vibraciones es la “Fase”. La fase es una diferencia de

tiempo relativa entre dos señales. Como regla, las mediciones de fase no son practicadas

durante las rutinas de mediciones de vibración, pero pueden proporcionar importante

información cuando un problema es detectado. (Por ejemplo, desbalanceo, desalineamiento,

excentricidades en engranajes, etc.).

Los Sistemas Expertos en análisis de vibraciones han crecido rápidamente en el último

tiempo. Estos softwares son la parte del sistema de mantenimiento predictivo que examina

automáticamente los datos de vibraciones grabados. Algunos son capaces de encontrar y

diagnosticar problemas con tanta consistencia como un analista de vibraciones experimentado.

El primer paso para el análisis de vibraciones de máquinas es la identificación del peak

espectral que corresponde a la velocidad de rotación del eje, o sea al llamado peak 1x rpm, o

fundamental. También se llama peak de primer orden. En máquinas con varios ejes, cada eje

tendrá un peak característico 1x.

Muchas veces, los peak 1x del eje van acompañados de una serie de armónicos o

múltiplos enteros de 1x, lo cual ayuda a confirmar la velocidad de giro del eje. La tabla 13

entrega una serie de definiciones que resulta conveniente conocer.




73

Componente Definición

Sincrónica Componente cuya frecuencia es igual a la velocidad de giro de la

máquina. (1x rpm o 1x)

Subsincrónica Componente cuya frecuencia es menor que la velocidad de giro de la

máquina. (Por ejemplo, 0,48x rpm o 0,48x

No Sincrónica

Componente cuya frecuencia es mayor que la velocidad de giro de la

máquina y no es múltiplo entero de ella. (Por ejemplo, 3,14x rpm o

3,14x)

Armónica

Componente cuya frecuencia es un múltiplo entero de otra frecuencia.

(Por ejemplo, 1x, 2x, 3x,... son armónicos de la velocidad de rotación

o armónicos sincrónicos. fc, 2fc, 3fc, son armónicos de fc.)

Subarmónico

Componente cuya frecuencia es una fracción de otra frecuencia. (Por

ejemplo, x/2, x/3, 2x/3, x/4,... son subarmónicos de la velocidad de

rotación.)

TABLA Nº 13 PARÁMETROS DE LAS VIBRACIONES SEGÚN LOS PEAK (1X, 2X, X/2, 1X/4)

Para ayudar en la determinación de problemas de máquinas es muy útil obtener datos

de vibración de cada punto de medición en tres direcciones. Estas direcciones se llaman

Axial, Horizontal y Vertical. Axial es la dirección paralela al eje. Horizontal y Vertical

corresponden a ambos planos en forma radial con respecto al eje.

En máquinas montadas verticalmente se acostumbra considerar al plano perpendicular

a la caja de conexiones del motor (mufa) como la dirección horizontal.




74

FIGURA Nº 11 DIRECCIONES DE LOS PUNTOS DE MEDICIÓN

7.5 FUNDAMENTO DEL ANÁLISIS DE VIBRACIONES

Mediante el Análisis de Vibraciones se determina la condición de las máquinas

rotativas definiendo el grado de desbalanceo, desalineamiento, presencia de holguras

mecánicas, bases y cimentaciones insuficientes, desgaste de piezas internas, interferencia de

engranajes, etc. La vibración mecánica es un parámetro muy sensible que informa de la

condición del equipo.

El Análisis de Vibraciones requiere de toda la información de la cadena cinemática, el

tipo de rodamientos, las velocidades de giro, el número de dientes del las ruedas dentadas, el

número de aspas de los ventiladores, las condiciones de soporte, etc.

La vibración mecánica se transmite a través de bases y estructuras causando fatiga en

elementos estáticos y a veces vibraciones moduladas en el entorno. La severidad de vibración




75

tiene que ver con las frecuencias resonantes del sistema que pueden llevar a condiciones

críticas e inestables.

En un sistema de mantenimiento predictivo mediante análisis de vibraciones se estudia

la evolución del comportamiento vibracional de las máquinas, de manera que identificando las

causas se encuentra el momento oportuno para tomar una acción correctiva, por ejemplo un

cambio de rodamiento.

7.6 PARÁMETROS DE LAS VIBRACIONES

Frecuencia: Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio. En los estudios de

Vibración se usan los CPM (ciclos por segundo) o HZ (hercios).

Desplazamiento: Es la distancia total que describe el elemento vibrante, desde un extremo al

otro de su movimiento.

Velocidad y Aceleración: Como valor relacional de los anteriores.

Dirección: Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3 rotacionales.

Frecuencia natural: Es la frecuencia propia de un cuerpo o sistema al poseer elementos

elásticos e inerciales. Es la frecuencia resultante de la vibración libre.

Resonancia: Es cuando la excitación es de frecuencia igual a la frecuencia natural.

Vibración: Es el movimiento de vaivén que ejercen las partículas de un cuerpo debido a una

excitación.




76

7.7 VIBRACIÓN MECÁNICA

Se define en numerosos libros a la vibración mecánica como el movimiento oscilatorio

de una máquina, de una estructura o parte de ella, alrededor de su posición original de reposo.

Esta vibración genera una onda mecánica que se propaga a través de la estructura hasta que se

disipa completamente. Las características de la onda, amplitud, frecuencia y fase están

expresadas en la siguiente ecuación que es conocida como la ecuación de la onda.

Ecuación de onda D(t)= Do Sen( 2f t+ ) En donde

Do = desplazamiento máximo o desplazamiento pico

f = frecuencia

= fase

Esta onda es medida por medio de un transductor o sensor de vibraciones y es descrita

por sus parámetros: desplazamiento, velocidad y aceleración.

V(t)=dt

tDd ))(( = Vo Sen( 2t++90º )

A(t)= 2

2 )())((dt

tDddt

tVd =Ao Sen( 2t+ +180º)

En donde Vo =Do ; Ao =Vo

Esta onda es el movimiento de vaivén de las moléculas de un cuerpo o sistema debido

a que posee características energéticas cinéticas y potenciales, cualquiera que sea el caso, la

excitación es el suministro de energía.




77

Como ejemplos de excitación instantánea tenemos el golpeteo de una placa, el rasgueó

de las cuerdas de una guitarra el impulso y deformación inicial de un sistema masa resorte, etc.

Como ejemplo de una excitación constante tenemos el intenso caminar de una persona sobre

un puente peatonal, un rotor desbalanceado cuyo efecto es vibración por desbalance, el motor

de un automóvil, un tramo de retenedores es una excitación constante para el sistema

vibratorio de un automóvil, etc.

FIGURA Nº 12 ESQUEMA DE OBTENCIÓN DE LA SEÑAL VIBRATORIA

Una forma sencilla de ilustrar una vibración mecánica, su medición con un transductor

y su elasticidad que se representa esquemáticamente por un resorte, como se muestra en la

figura Nº 12. El transductor de vibraciones esta rígidamente unido a la superficie externa del

cojinete de la maquina, y por tanto, se mueve de la misma forma que el y mide el movimiento

de este elemento. Si la superficie del cojinete se mueve o vibra hacia arriba y hacia abajo

significa que ella o su unión a la base es elástica (para permitir estos movimientos).




78

7.8 VIBRACIÓN ARMÓNICA SIMPLE

El movimiento armónico es la forma más simple de vibración. Se obtiene por ejemplo,

cuando se hace vibrar libremente un sistema masa-resorte o un péndulo, como se indica en la

figura. En la posición de equilibrio, las fuerzas sobre el cuerpo de masa m se anulan y por lo

tanto este tiende a permanecer en reposo en esa posición. Si el cuerpo se saca de esta posición

desplazándolo, por ejemplo a la posición indicada

por el numero 1 en la figura Nº 13, y luego se

suelta, el cuerpo vibrara con un movimiento

armónico.

Si se grafica la ubicación respecto a su

posición de equilibrio (llamado desplazamiento)

que va teniendo el cuerpo en diferentes instantes

versus el tiempo, se obtiene una curva senoidal o

armónico. Como se aprecia en la figura se

observa que el desplazamiento vibratorio d (t)

varia continua y periódicamente entre cero,

desplazamiento máximo hacia la derecha, cero,

desplazamiento máximo hacia la izquierda, cero,

etc.

d(t): desplazamiento vibratorio, distancia a la

cual se encuentra el cuerpo en cualquier instante

de tiempo t (en algunos textos llamado amplitud).

FIGURA Nº 13 GENERACIÓN DE LA VIBRACIÓN ARMÓNICA SIMPLE




79

D0: desplazamiento pico, o desplazamiento máximo o amplitud del desplazamiento.

DPP: desplazamiento pico a pico o máxima distancia que se desplaza la masa mientras vibra.

La posición instantánea del cuerpo vibrante respecto a su posición de equilibrio, o

desplazamiento vibratorio d(t) puede ser expresado matemáticamente por la ecuación.

D(t)= Do Sen( 2f t+ )

Ecuación de onda (1)

Donde

Do: es el desplazamiento pico.

f: es la frecuencia de vibración.

: es la fase de vibración.

7.9 DIRECCIÓN DE LA VIBRACIÓN

La dirección de la vibración entrega información acerca del problema. Si la dirección

de la vibración es horizontal, hay desalineamiento paralelo vertical; si la dirección es en

sentido vertical, hay desalineamiento paralelo horizontal; si el desalineamiento es angular, se

generan altas componentes axiales. El caso común es el desalineamiento combinado, por lo

que la componente axial es significativa en este tipo de problemas y debe ser incluida en la

adquisición de datos.

Las fuerzas debidas al desalineamiento pueden ser distintas en las diferentes

direcciones, y una componente horizontal desalineada puede ir acompañada de una vertical




80

bien alineada. Este tipo de información es de vital importancia para un buen diagnóstico y en

especial para el pronóstico de vida de los equipos.

Una característica que es importante considerar es el grado de desalineamiento

dependiente de la temperatura. Todos los materiales se dilatan al aumentar su temperatura,

este es el caso de un motor eléctrico que se calienta y una bomba que puede calentarse o

enfriarse según el fluido que maneja. Los cambios de temperatura producen dilataciones muy

lentas en los equipos, lo que cambia su condición de alineamiento.

La mayor parte de los problemas de desalineamiento no son detectados con

anticipación y sólo son corregidos cuando el acoplamiento, los ajustes en el eje o los

rodamientos, se dañan hasta quedar fuera de servicio. Bajo estas condiciones, la señal

obtenida puede aparecer con componentes de baja amplitud, y varios armónicos,

confundiendo el diagnóstico con una holgura o un problema de poca importancia.

Para detectar este tipo de problemas se requiere de una vigilancia periódica de los

equipos, y que las diferencias en el tipo de acoplamiento, velocidad de giro y condiciones de

operación de los equipos hacen que cada falla sea un caso particular de diagnóstico.

7.10 AMPLITUD DE LA VIBRACIÓN

Si se logra identificar un problema, es decir una componente que es síntoma de una

falla, debemos realizar un seguimiento. Para determinar el grado de avance de una falla es

necesario establecer parámetros en los cuales se pueda dar cuenta de la condición de la

máquina.




81

Este parámetro está representado por la amplitud de la vibración, y nos permite

establecer niveles de alarma o de alerta. Existen tres maneras diferentes para expresar los

niveles de la amplitud de vibración. Estas son:

Valor peak to peak: Es la distancia entre el peak superior e inferior de la señal, este valor es

expresado con mayor frecuencia para especificar la amplitud del desplazamiento.

Valor peak: El valor peak es la medida del valor cero a un peak superior o inferior de la señal.

Este valor es usado para describir el nivel de la vibración medido con un velocímetro o con un

acelerómetro.

Valor RMS: El valor raíz media cuadrada (root medium square) proporciona la medida de la

magnitud de las fluctuaciones de las señal. Este valor corresponde a la raíz cuadrada de un

número dado de puntos bajo la curva, es una magnitud que estima la energía de la vibración en

un periodo de tiempo T. Toma en cuenta el historial total de la señal y es usado en la ISO

10816-1 para definir la severidad vibratoria.

Cuando se especifica el nivel de vibración de una máquina o equipo, debe utilizarse en

lo posible el valor RMS.

7.11 FRECUENCIA DE LA VIBRACIÓN

Frecuencia de vibración (f), esta definida como el número de ciclos u oscilaciones que

afectan a un cuerpo en cada segundo.




82

Esta relacionada con el periodo de la vibración T, definida como el tiempo que demora

el cuerpo en efectuar una oscilación, a través de la siguiente ecuación

f(Hertz o ciclos/seg.)=1/T (seg./ciclo) (2)

7.11.1 FASE DE LA VIBRACIÓN

Indica en la ecuación (1) una referencia del instante en que se comienza a medir el

tiempo. Si el tiempo se comienza a medir (t=0) en el instante t1, entonces φ=-90o y d(t=0) = -

Do (el signo negativo indica que el cuerpo en ese instante se encuentra a la izquierda de la

posición de equilibrio).

Si el tiempo se empieza a medir (t=0) en el instante t3, entonces φ=0o y d(t=0) = 0 y si

el tiempo se mide desde t5, entonces φ=90o y d(t=0) = Do. Es decir, la fase de la vibración

puede tomar cualquier valor dependiendo de la referencia para t=0 y por lo tanto no es una

característica física de la vibración, como lo es su amplitud y frecuencia.

La frecuencia circular o velocidad angular, ω, expresada en (Rad./seg.) es otra forma

de expresar la frecuencia de la vibración. La relación entre ω y f esta dado por la siguiente

ecuación.

(3)




83

Y el desplazamiento vibratorio queda expresado entonces como:

(4)

De la ecuación (4) puede verse claramente que un ciclo completo de la vibración tiene

lugar cuando ωt ha pasado a través de 360o o sea 2π radianes.

7.11.2 DESFASE O DIFERENCIA DE FASE

Entre dos vibraciones, es la posición relativa, expresada en grados, entre dos puntos

que vibran a una frecuencia. Debido a la diferencia de fase φ = φ1 - φ2, las dos vibraciones no

llegan a sus posiciones extremas al mismo tiempo, ya que una de ellas estará φ/ω seg. detrás

de la otra.

Nota: el ángulo de desfase solo tendrá significado si se trata de dos vibraciones con la

misma frecuencia.

FIGURA Nº 14 ESQUEMA DE DIFERENCIA DE FASE

d(t)

D 2D 1

1 ciclo = 360º

2 IIII0

0 w t




84

7.12 VELOCIDAD VIBRATORIA

Es una medida de la rapidez con que se esta moviendo un punto mientras esta

vibrando. La velocidad vibratoria es cero cuando la masa de la figura 13 llega a sus

posiciones extremas, puesto que en estos puntos la masa se detiene.

La velocidad es máxima cuando la masa pasa por la posición de equilibrio, positiva

cuando se mueve hacia la derecha y negativa cuando se mueve hacia la izquierda. De esta

figura (figura 15), se observa que la velocidad vibratoria esta adelantada en 90o respecto al

desplazamiento, es decir, llega a su valor máximo pasa por cero un cuarto de oscilación (90o)

antes del desplazamiento.

7.13 ACELERACIÓN VIBRATORIA

Es la rapidez de cambio de la velocidad en el tiempo. Debe recordarse que de acuerdo

al segunda ley de newton, la aceleración a=F/m, donde F es la fuerza resultante actuando sobre

la masa m. es decir, entre mayor es la rapidez de cambio de la velocidad, mayor serán las

fuerzas sobre la masa m debido a la mayor aceleración, para el sistema masa resorte de la

figura Nº 15 (ver anexo Nº 9) las mayores fuerzas que actúan sobre la masa m ocurren cuando

el resorte esta mas comprimido.

En su posición extrema izquierda el resorte esta en su posición mas estirada y ejerce

sobre la masa m la mayor fuerza hacia la izquierda (dirección negativa) y por lo tanto la

aceleración máxima (aceleración pico) negativa.




85

En la posición de equilibrio, la fuerza del resorte, y por lo tanto la aceleración, es cero,

pues el resorte en esa posición no esta estirado ni comprimido.

FIGURA Nº 15 ESQUEMA DE DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN PARA UNA VIBRACIÓN ARMÓNICA SIMPLE

7.14 TIPOS DE VIBRACIONES

Vibración libre: es cuando un sistema vibra debido a una excitación instantánea.

Vibración forzada: es cuando un sistema vibra debida a una excitación constante.

Esta importante clasificación nos dice que un sistema vibra libremente solo y solo si

existen condiciones iniciales, ya sea que suministremos la energía por medio de un pulso

(energía cinética) o debido a que posee energía potencial, por ejemplo deformación inicial de

un resorte.




86

Esta energía es disipada por el fenómeno llamado amortiguación, en ocasiones es

despreciable, aun cuando la energía es disipada durante la vibración, en el caso de la vibración

forzada esta descompensada por la excitación constante.

Vibración amortiguada: es cuando la vibración de un sistema es disipada.

Vibración no amortiguada: es cuando la disipación de energía se puede disipar para su estudio.

El amortiguamiento es un sinónimo de la perdida de energía de sistemas vibratorios.

Este hecho puede aparecer como parte del comportamiento interno de un material, de

rozamiento, o bien, un elemento físico llamado amortiguador.

Vibración lineal: si los componentes básicos de un sistema tienen un comportamiento lineal la

vibración resultante es lineal.

Vibración no lineal: se produce si alguno de sus componentes se comporta como no lineal.

7.15TIPOS DE VIBRACIONES MECÁNICAS

Vibración debida a desbalance.

Vibración debida a falta de alineamiento.

Vibración debida a excentricidad.

Vibración de rodamientos con elementos rodantes defectuosos.

Vibración debida a descansos planos defectuosos.

Vibración debida a solturas mecánicas.

Vibración debida a bandas de accionamiento.

Vibración debida a problemas de engranaje.

Vibración debida a fallas eléctricas.




87

7.15.1 VIBRACIÓN DEBIDA A DESBALANCE

El desbalance de la maquinaria es una de las causas más comunes de la vibración. En

muchos casos, los datos arrojados por un estado de desbalance indican:

La frecuencia de vibración se manifiesta a 1x las rpm de la pieza desbalanceada.

La amplitud es proporcional a la cantidad de desbalance.

La amplitud de la vibración es normalmente mayor en el sentido de medición radial,

horizontal o vertical (en las maquinas con ejes horizontales).

El análisis de fase indica lecturas de fase estables.

La fase se desplazará 90º si se desplaza el captador 90º.

El origen de la componente 1x es fácil de entender, debido a que el punto pesado

pasa frente al transductor una vez en cada revolución, esto también explica el desfase entre las

componentes radiales.

La componente a 1x, cuando el problema predominante es desbalanceamiento debe ser

al menos el 80% del valor global del espectro de frecuencias. (Puede ser entre un 50% y un

80% si existen otros problemas, además del desbalanceamiento).

Nota:

El desbalance de un rotor saliente a menudo tiene como resultado una gran amplitud de la

vibración en sentido axial, al mismo tiempo que en sentido radial.

En un desbalance siempre esta presente y dominante la componente 1x, sin embargo, un

espectro con componente 1x dominante no indica que el problema sea desbalanceamiento,

ya que como se verá a continuación este también puede ser desalineamiento.




88

7.15.2 VIBRACIÓN DEBIDA A FALTA DE ALINEAMIENTO.

En la mayoría de los casos los datos derivados de una condición de falta de

alineamiento indican lo siguiente:

La frecuencia de vibración es de 1x rpm; también 2x y 3x rpm en los casos de una grave

falta de alineamiento.

La amplitud de la vibración es proporcional a la falta de alineamiento.

La amplitud de la vibración puede ser alta también en sentido axial, además de radial.

El análisis de fase muestra lecturas de fase inestables.

La falta de alineamiento, aun con acoplamientos flexibles, produce fuerzas tanto

radiales como axiales que, a su vez, producen vibraciones radiales y axiales.

Nota: Uno de los indicios más importantes de problemas debidos a falta de alineamiento y a

ejes torcidos es la presencia de una elevada vibración en ambos sentidos, radial y axial. En

general, cada vez que la amplitud de la vibración axial sea mayor que la mitad de la lectura

radial más alta, hay un buen motivo de sospechar la existencia de un problema de alineamiento

o eje torcido.

Los tres tipos básicos de falta de alineamiento en el acoplamiento son: angular, en

paralelo y una combinación de ambos.

Una falta de alineamiento angular sujeta principalmente los ejes de las maquinas accionadora

y accionada a vibración axial igual a la velocidad de rotación (rpm) del eje.




89

La falta de alineamiento en paralelo produce principalmente vibración radial con una

frecuencia igual al doble de la velocidad de rotación del eje.

FIGURA Nº 16 TIPOS DE DESALINEAMIENTO (PARALELO – ANGULAR)

7.15.3 VIBRACIÓN DEBIDA A EXCENTRICIDAD

La excentricidad es otra de las causas comunes de vibración en la maquinaria rotativa.

Excentricidad en este caso no significa ovalización, sino que la línea central del eje no es la

misma que la línea central del rotor, el centro de rotación verdadero difiere de la línea central

geométrica.

La excentricidad es en realidad una fuente común de desbalances, y se debe a un mayor

peso de un lado del centro de rotación que del otro. Una manera de diferenciar entre

desbalance y excentricidad en este tipo de motor es medir la vibración con filtro afuera

mientras el motor está funcionando bajo corriente. Luego, se desconecta el motor, observando

el cambio de la amplitud de vibración.




90

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

vibración desaparece en el momento mismo en que el motor es desconectado, el problema es

seguramente de naturaleza eléctrica, y es muy posible que se deba a excentricidad del

inducido.

La excentricidad en rodetes o rotores de ventiladores, sopladores, bombas y

compresores puede también crear fuerzas vibratorias. En esos casos las fuerzas son el

resultado de fuerzas aerodinámicas e hidráulicas desiguales que actúan contra el rotor

7.15.4 VIBRACIÓN DE RODAMIENTOS CON ELEMENTOS RODANTES

DEFECTUOSOS

La detección de fallos en los rodamientos mediante el control de vibraciones consiste

en determinar las frecuencias normales de los defectos en los rodamientos. Cada vez que se

pasa sobre un defecto del rodamiento se produce un peak en la vibración. La repetición de

este peak depende de la ubicación del defecto en el rodamiento (Cubeta interior o exterior,

elemento rodante, o canastillo.), de la geometría del rodamiento y de su velocidad.

Falla de Rodamientos – Otras causas

Los rodamientos no fallan prematuramente a menos que alguna otra fuerza actúe sobre

ellos; y tales fuerzas son generalmente las mismas que ocasionan vibración.




91

Causas comunes de fallas en los rodamientos de elementos rodantes:

Carga excesiva.

Falta de alineamiento.

Defectos de asientos del eje y/o de las perforaciones en el alojamiento.

Montaje defectuoso.

Ajuste incorrecto.

Lubricación inadecuada o incorrecta.

Sellado deficiente.

Falsa brinelación (Deformación bajo carga).

Corriente eléctrica.

FIGURA Nº 17 COMPONENTES PRINCIPALES DE UN RODAMIENTO




92

7.15.4.1RODAMIENTO CON ELEMENTOS RODANTES DESALINEADOS

Un rodamiento desalineado generará una componente 1x significativa y algo de 2x en

el espectro de vibración, por lo general de manera predominante en la dirección axial. En

algunos casos, la dirección dominante puede ser radial. Un rodamiento desalineado casi

siempre provocará tonos de rodamiento fuertes, así como altos niveles de 1x y 2x.

7.15.4.2 HOLGURAS DE RODAMIENTOS CON ELEMENTOS RODANTES

Un juego excesivo en un rodamiento con elementos rodantes producirá armónicos de

1x usualmente de un rango de 2x hasta 8x. Holgura extrema generalmente producirá

componente de medio orden, en múltiplos de 0,5x.

Holgura en otras partes de la máquina también producirá armónicos 1x y a veces

armónicos 0,5x, así que esto no es una señal que permite concluir la presencia de juegos en los

rodamientos.

Nota: la vibración generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros puntos

de la máquina. Por lo tanto, el rodamiento defectuoso es generalmente el que se encuentra

más cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibración de este tipo.




93

7.15.4.3 FRECUENCIA DE FALLA GENERADA POR LOS ELEMENTOS

RODANTES

Las frecuencias de falla están relacionadas con las frecuencias de los elementos

rodantes y estas son frecuencia de paso de las bolas por la pista externa (BPFO), frecuencia de

paso de las bolas por la pista interna (BPFI), frecuencia de giro del tren de elementos (FTF) y

frecuencia de paso de las bolas (BSF).

La Figura Nº 18 representa su posición y forma de calcular.

FTF:

cos1

2 PdBdRPS

BPFI:

cos1

2 PdBdRPSNb

BPFO:

cos1

2 PdBdRPSNb

BSF:

2

2

cos12 Pd

BdRPSBd

Pd

RPS: Revoluciones por segundo.

Bd: Diámetro de las bolas o rodillos.

Nb: Número de bolas o rodillos.

Pd: Paso diametral.

: Angulo de contacto.

FIGURA Nº 18 FRECUENCIAS CARACTERÍSTICAS DE LOS RODAMIENTOS Y SUS ELEMENTOS




94

BPFI, BPFO: estas frecuencias son generadas cuando las bolas o rodillos pasan por

algún punto defectuoso en las pistas. Debido a las condiciones de diseño, la frecuencia

generada es el producto del nº de bolas por la frecuencia de rotación.

En la pista externa, el valor de la componente de frecuencia (BPFO) es un 40% de este

cuociente y en la pista externa (BPFI) un 60%, esto debido que en cada giro pasa más bolas

por la pista interna que por la pista externa.

FTF: esta frecuencia corresponde a la frecuencia que gira toda la unidad, incluido

todos los elementos.

BSF: la frecuencia de giro de las bolas o rodillos se genera cuando un defecto en los

elementos golpea en las pistas en cada giro. A veces puede aparecer dos veces este valor

tomando en cuenta que la bola golpea dos veces (una en cada pista).

Debido a que las bolas no siempre golpean en las pista cuando están en la zona de

carga, la amplitud de estas es pequeña, pero pueden aparecer como bandas laterales de alguna

otras frecuencia separadas por la BSF.

7.15.5 VIBRACIÓN DEBIDA A DESCANSOS PLANOS DEFECTUOSOS

Elevados niveles de vibración, ocasionados por descansos planos también conocidos

como cojinetes planos o chumaceras son generalmente el resultado de una holgura excesiva

(causada por desgaste debido a una acción de barrido o por erosión química), solturas

mecánicas, o problemas de lubricación.




95

7.15.6 VIBRACIÓN DEBIDA A SOLTURAS MECÁNICAS

La soltura mecánica y la acción de golpeteo (machacado) resultante producen

vibración a una frecuencia que a menudo es 2x, y también múltiplos más elevados, de las rpm.

La vibración 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 vibración característica de una soltura mecánica es generada por alguna otra fuerza

de excitación, como un desbalance o una falta de alineamiento. Sin embargo, la soltura

mecánica empeora la situación, transformando cantidades relativamente pequeñas de

desbalance o falta de alineamiento en amplitudes de vibración excesivamente altas.

Corresponde por lo tanto decir que la soltura mecánica permite que se den mayores

vibraciones de las que ocurrirían de por sí, derivadas de otros problemas.

Nota: Una soltura mecánica excesivo es muy probable que sea la causa primaria de los

problemas cuando la amplitud de la vibración 2x las rpm es más de la mitad de la amplitud a

la velocidad de rotación, 1x las rpm.

7.15.7 VIBRACIÓN DEBIDA A BANDAS DE ACCIONAMIENTO

Las bandas de accionamiento del tipo en “V” gozan de mucha popularidad para la

transmisión del movimiento puesto que presentan una alta capacidad de absorción de golpes,

choques y vibraciones.

Los problemas de vibración asociados con las bandas en “V” son clasificados

generalmente por:




96

Reacción de la banda a otras fuerzas, originadas por el equipo presente, que causan

alteraciones.

Vibraciones creadas por problemas de la banda en sí.

Las bandas en “V” son consideradas a menudo como fuente de vibración porque es

fácil ver las bandas que saltan y se sacuden entre poleas. Por lo general, el reemplazo de las

bandas es a menudo una de las primeras tentativas de corrección de los problemas de

vibración. Sin embrago es muy posible que la banda esté sencillamente reaccionando a otras

fuerzas presentes en la maquina. En tales casos las banda es solamente un indicador de que

hay problemas de vibración y no representan la causa misma.

La frecuencia de vibración de las bandas es el factor clave en la determinación de la

naturaleza del problema. Si la banda está sencillamente reaccionando a otras fuerzas de

alteración, tales como desbalance o excentricidad en las poleas, la frecuencia de vibración de

la banda será probablemente igual a la frecuencia alterante. Esto significa que la pieza de la

máquina que realmente está causando el problema aparecerá estacionaria bajo la luz

estroboscópica del analizador.

Nota: Si es defecto de la banda, la frecuencia de vibración será un armónico (1, 2, 3 ó 4) de las

RPM de la banda. Es fácil determinar las rpm de una banda de la siguiente manera:

Donde: Dp = diámetro de la polea.

Lp = longitud de la polea

LppoleaRpmDpbandaRPM )()(




97

7.15.8 VIBRACIÓN DEBIDA A PROBLEMAS DE ENGRANAJE

La vibración que resulta de problemas de engranaje normalmente ocurre a una

frecuencia igual a la frecuencia de engrane del set de engranajes (Piñón – Corona), es decir, la

cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las rpm. Por esta razón el daño localizado

en un engranaje resultará en componentes de frecuencia elevada y esto será modulado por las

rpm del engranaje. Esto causa bandas laterales a distancia de 1x alrededor de la frecuencia de

engrane. En este caso que se producen bandas laterales, se pueden determinar con exactitud

qué engranaje tiene un defecto, por las distancia de las bandas laterales.

Problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado vibración a la

frecuencia de engrane, comprenden el desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los

dientes, falta de lubricación y materias extrañas atrapadas entre los dientes.

En el caso de engranajes excéntricos o ejes con flexión, la excentricidad del engrane

generará una banda lateral a cada lado de la frecuencia de engrane a distancia de las rpm del

eje con flexión o del engrane excéntrico.

No todos los problemas de engranajes generan frecuencias de vibración 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 vibración de 1x las rpm. Mirando la forma de onda de

esa vibración, la presencia de señales impulsivas permitirá distinguir entre este problema y las

demás averías que también generan frecuencias de vibración de 1x las rpm. Desde luego, si

hay más de un diente deformado, la frecuencia de vibración es multiplicada por una cantidad

correspondiente.




98

La amplitud y frecuencia de vibración debida a los engranajes pueden también parecer

erráticas a veces. Dicho tipo de vibración errática ocurre normalmente cuando un conjunto de

engranajes está 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 más puntos de la

maquina.

7.15.9 VIBRACIÓN DEBIDA A FALLAS ELÉCTRICAS

Esté tipo de vibración es normalmente el resultado de fuerzas magnéticas desiguales

que actúan sobre el rotor o sobre el estator. Dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a:

Rotor que no es redondo.

Descansos planos del inducido excéntricos.

Falta de alineamiento entre el rotor y el estator; entrehierro no uniforme.

Perforación elíptica del estator.

Devanados abiertos o en corto circuito.

Hierro del rotor en corto circuito.

En líneas generales, la frecuencia de vibración resultante de los problemas de índole

eléctrica será 1x las rpm, y por tanto se parecerá a desbalance. Una manera sencilla de hacer

la prueba para verificar la presencia eventual de vibración eléctrica es observar el cambio de la

amplitud de la vibración en el instante en el cual se desconecta la corriente de esa unidad.




99

Si la vibración desaparece en el mismo instante en que se desconecta la corriente, el

problema con toda seguridad será eléctrico. Si solo decrece gradualmente, el problema será de

naturaleza mecánica.

Las vibraciones ocasionadas por los problemas eléctricos 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 qué los motores

eléctricos que han sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios

drásticos de los niveles de vibración cuando vuelven a ser puestos en servicio.

Los sensores de vibración, los métodos de procesamiento de señales y las técnicas de

análisis de espectral han probado, a través del tiempo, ser de limitada efectividad en la

detección de fallas de rodamientos cuando las frecuencias de fallas características están bajo 1

Hz (60 cpm).




100

CAPITULO Nº 8

MEDICIONES, MÉTODOS Y MATERIALES A UTILIZAR

8.1 MEDICIÓN DE LA VIBRACIÓN

Para llevar a cabo el análisis de vibraciones en el motor hidráulico del digestor

continuo, se utilizara la técnica de análisis Espectral o frecuencial, complementada con la

técnica de Demodulación, para lograr realizar un diagnostico mas certero.

8.1.1 ANÁLISIS ESPECTRAL

El punto de partida del diagnóstico de fallas en máquinas rotatorias es el análisis

frecuencial o espectral de las vibraciones que son medidas en puntos específicos de una

máquina o equipo. Esta técnica consiste en descomponer la señal en el dominio del tiempo,

captada por un sensor de vibraciones muy sensible (0.500 mV/g, ver anexo Nº 10), en sus

componentes (espectrales o frecuenciales) que la generaron, y luego asociar dichas

componentes con las fuerzas dinámicas actuando sobre la máquina, se realiza en baja

frecuencia

Las frecuencias generadas son las componentes más fáciles de identificar debido a que

ellas pueden ser calculadas si se conoce la geometría interna del elemento y la velocidad de

rotación de la máquina. Es más, algunas de las frecuencias calculadas pueden estar presentes

en la mayoría de las máquinas sin que eso sea un indicador de un problema de vibración.




101

8.1.2 ANÁLISIS DE DEMODULACIÓN

Una de las formas de determinar una falla incipiente, consiste en determinar la

envolvente de la señal vibracional. El principio básico se basa en el hecho de que

determinados fenómenos físicos producen una modulación de amplitud y/o frecuencia. Entre

las causas de estos fenómenos están:

Roce o fricción producidos periódicamente

Resonancias estructurales excitadas por impactos periódicos

Vibraciones características en diversos componentes de la máquina, tales como

frecuencias de engrane, frecuencia de paso de los álabes o algún otro elemento.

El proceso de Demodulación consiste en modelar el peak producido en la onda de

esfuerzo, mediante una representación de su envolvente de amplitud, utilizando las

propiedades del equipo analizador, este captura la señal a alta frecuencia analizando en

aceleración y la traslapa en baja frecuencia para ser analizada, para esto genera cuatro

promedios en un 67% por vez, el 33% restante es nueva información para la generación de un

nuevo promedio. Para llevar a cabo esta operación se utilizara un sensor de alta frecuencia

100mV/g (ver anexo Nº 10).




102

8.2 METODOLOGÍA UTILIZADA

Las componentes espectrales de la aceleración aumentan de forma exponencial al

aumentar la frecuencia (ver figura Nº 19), este método en particular no será utilizado ya que

entrega la información muy reducida, como muestra la figura solo en alta frecuencia (en el

costado derecho del analizador de datos 2120), mientras que en baja es muy poca la

información recopilada, lo que implica un mayor trabajo y una menor eficiencia a la hora de

emitir un diagnostico de falla en la maquina.

00 200 400 600 800 1000

0,5

1

1,5

2

Frecuencia en Hz

ACELERACIÓN

RMS

FIGURA Nº 19 CURVA DE MEDICIÓN DE LA VIBRACIÓN EN ACELERACIÓN

Las componentes espectrales del desplazamiento disminuyen de forma exponencial al

aumentar la frecuencia (ver figura Nº 20), esto quiere decir que solo es capas de recolectar

información mas precisa y confiable solo en baja frecuencia, descartando lo que acontece en

alta frecuencia, actuando inversamente en el caso de la aceleración, por el mismo motivo que

el método anteriormente mencionado se descartara ya que implica una mayor dificultad y una

menor eficiencia a la hora de emitir un diagnostico.




103

00 200 400 600 800 1000

20

40

60

80

Frecuencia en Hz

DESPLAZAMIENTO

10

30

50

70

Micrones

FIGURA Nº 20 CURVA DE MEDICIÓN DE LA VIBRACIÓN EN DESPLAZAMIENTO

La componente espectral de la velocidad actúa de forma constante con el aumento de la

frecuencia (ver figura Nº 21), este método será el utilizado para medir las vibraciones en el

motor hidráulico del digestor continuo ya que nos permitirá visualizar de forma mas clara el

espectro en velocidad tanto en alta como en baja frecuencia, obteniendo de esta manera una

información mas exacta de las vibraciones en el interior del motor, logrando emitir un

diagnostico mas exacto de los acontecimientos que pudiesen estar ocurriendo en dicha

maquina.

00 200 400 600 800 1000

1

2

3

4

Frecuencia en Hz

VELOCIDAD

mm/seg

FIGURA Nº 21 CURVA DE MEDICIÓN DE LA VIBRACIÓN EN VELOCIDAD




104

8.3 PUNTOS DE MEDICIÓN EN EL MOTOR

Las ondas de esfuerzo son generadas en el área de contacto entre los elementos

rodantes y los caminos de rodadura e irradiados de una forma semiesférica desde la superficie

en contacto al alojamiento del rodamiento o, en el caso de los engranajes, desde las superficies

en contacto de los dientes del juego de engranajes y transmitidas hasta los rodamientos. Las

ondas de flexión introducen rizado en las superficies lo cual es detectado por el acelerómetro.

Estas ondas, debido a su alta frecuencia, se amortiguan a causa de los cambios de

medio y de la distancia misma. El punto de medición debe, por tanto, situarse directamente

sobre el alojamiento del rodamiento, debiendo ser el recorrido de la señal transmitida, lo más

ininterrumpida entre el área de contacto y el punto de medición. El punto de medición debe

ubicarse dentro de la ventana de transmisión del rodamiento (ver figura Nº 22).

FIGURA Nº 22 VENTANA DE TRANSMISIÓN DE UN RODAMIENTO

Las ondas de esfuerzo con mayor amplitud son emitidas desde la zona cargada de las

superficies en contacto. Para cargas radiales la zona cargada cubre un sector de ± 45º a ambos

lados de la dirección de la carga. Para cargas axiales, dicha zona es de 360º.




105

Debido a que la transmisión de las ondas de esfuerzo al alojamiento del rodamiento

está limitada por el ancho del rodamiento, la transmisión directa de los impulsos se restringirá

a un sector de ± 60º desde la perpendicular a la superficie en contacto. Estas limitaciones

definen la ventana de transmisión para la detección directa de las ondas de esfuerzo.

Cada elemento mecánico, equipo, maquina etc. presenta características vibratorias

similares, pero cada equipo tiene características diferentes dentro de las cuales podemos

destacar su posición de trabajo, geometría entre otras, por este motivo se escogen diferentes

puntos de medición en cada maquina (teniendo siempre presente que se trata de seguir el

sentido de las vibraciones, desde donde se origina hasta donde se manifiesta con mayor

fuerza), en el caso del motor hidráulico se escogieron los siguientes, (ver figura Nº 23).

FIGURA Nº 23 PUNTOS DE MEDICIÓN EN EL MOTOR HIDRÁULICO




106

Los puntos de medición deben ser localizados en la zona de carga, dentro de los límites

de la ventana de transmisión, estos nos permitirán obtener la mayor cantidad de información

de los movimientos y energía disipada en el motor, tras previo análisis realizado. Los puntos

escogidos fueron ocho; 3 verticales, 3 horizontales y 2 axiales.

Se deberá tener presente que una de las mayores dificultades para medir este motor es

que es hidráulico, el que absorbe en gran parte la energía disipada por impactos o roce de sus

elementos bajo una condición de falla en su interior, además se debe considerar la baja

velocidad a la que opera este equipo (7 RPM aproximadamente), permitiéndonos medir solo

un porcentaje de sus vibraciones, por lo que la selección de los instrumentos y el ajuste de una

banda ideal es muy importante, tanto para la obtención de datos, como para la correcta

emisión de un diagnostico certero.

8.4 ANCHO DE BANDA

Uno de los factores que influye en la visualización de la fundamental o 1X junto con la

grafica del espectro vibratorio es el termino ancho de banda. El cual se detallara a

continuación tras previo desarrollo de cálculos.

Número de líneas entregadas por el analizador 2120 para cálculo de ancho de banda:

100, 200, 400, 800, 1600, 3200 y 6400 líneas. Es por este motivo, que para los cálculos

realizados en búsqueda de un ancho de banda debemos ajustarnos a uno de estos valores

predeterminados por el analizador, tratando de conseguir la mayor claridad posible para el

análisis del espectro vibratorio.




107

8.4.1 AJUSTE ANCHO DE BANDA PARA VISUALIZACIÓN DEL ESPECTRO

Datos del motor

RPM motor = 7

Numero de pistones = 32 (pero trabajan en 2 tiempos) “16”

Constante para ver el espectro 3.5 veces = 3.5

Ancho de banda estimado.

AB= (7х 16 х 3.5) = 392 ≈ 1000

La ecuación anterior da como resultado 392 como valor mínimo de ancho de banda a

trabajar, el que resulta demasiado pequeño a causa de la reducida velocidad del motor (7 RPM

aproximadamente), motivo por el cual se utilizara un ancho de banda de 1000, valor el cual no

afecta en la medición pero nos permite una mejor nitidez del espectro.

A continuación se analizaran dos casos de prueba para determinar el ancho de banda

con el cual podríamos trabajar los que se detallaran como sigue:




108

8.4.1.1 CASO Nº 1

El objetivo principal en el cálculo o determinación del ancho de banda es poder

apreciar de forma clara y completa la fundamental (1X), dentro del espectro vibratorio.

En el caso Nº 1 se estimo un ancho de banda de 15000 con 6400 líneas de resolución,

el cual arroja como resultado tres líneas de resolución para captar la fundamental, teniendo

presente que la máxima eficacia se logra captando la fundamental lo mas cercana a la cresta

del espectro vibratorio, capturando a su vez la mayor información posible, lo que se logra para

este caso mediante el empleo de tres líneas con una amplitud de 2.34 antes de alcanzar la

fundamental (ver figura Nº 24).

AB= 6400

15000 = 2.34 2.34 х 3 = 7.03

2.34

4.68

7.03 = 1X

15000 AB

CSI 21206400 Lineas

FIGURA Nº 24 GRAFICO DE OBTENCIÓN DE LA FUNDAMENTAL CON UN ANCHO DE BANDA DE

15000 HZ Y 6400 LÍNEAS




109

8.4.1.2 CASO Nº 2

En el caso Nº 1 se encontró un resultado óptimo de trabajo, pero no conforme con ello

se realizaron nuevos cálculos en pos de minimizar el tiempo de análisis, obtener mayor

información del espectro y ser más precisos, lo que arrojo los siguientes resultados.

Para el estudio Nº2 se estimo un ancho de banda de 9000 con 6400 líneas como en el

caso anterior, lo que dio como resultado una amplitud menor entre cada línea dentro del

espectro vibratorio (1.40), permitiendo de esta manera obtener un numero mayor de líneas (5)

antes de alcanzar la fundamental (ver figura Nº 25).

AB= 64009000 = 1.40 1.40 х 5 = 7

1.40

4.2

7 = 1X

9000 AB

2.8

5.6

CSI 21206400 Lineas

FIGURA Nº 25 GRAFICO DE OBTENCIÓN DE LA FUNDAMENTAL CON UN ANCHO DE BANDA DE

9000 HZ Y 6400 LÍNEAS




110

8.5 INSTRUMENTACIÓN UTILIZADA

La metodología Peak Value es una técnica moderna que se ha venido implementando

recientemente en algunos analizadores modernos de vibraciones mecánicas, como es el caso

del utilizado para esta investigación: el Analizador de Maquinaria 2120 de CSI. A

continuación se entregarán algunos detalles de este analizador y de algunos accesorios,

sensores de alta y baja frecuencia, (ver anexo Nº 11) que fueron utilizados con él, además de

una breve descripción del software RBMware, el sistema experto de CSI que constituye un

verdadero centro de operaciones para el analizador.

8.5.1 ANALIZADOR DE DATOS CSI 2120

El analizador CSI 2120 es un instrumento alimentado por baterías, de poco peso y con

capacidad de realizar todo tipo de estudios sobre máquinas basados en el análisis de espectros

(FFT) y onda (Osciloscopio). Se utiliza en aplicaciones como colector de datos, analizador de

vibraciones, balanceador de rotores y alienador de ejes acoplados.

FIGURA Nº 26 RECOLECCIÓN DE DATOS UTILIZANDO UN ANALIZADOR CSI 2120




111

Entre sus características operativas adicionales se encuentra la monitorización de

espectros en tiempo real, la adquisición de datos con señal de disparo (Trigger), el promediado

sincrónico de señales y análisis de ruido en 1/3 de octava.

Ventajas CSI 2120

Compatibilidad total con sistemas de colectores de datos

Familiarización con software

Toma de datos según señales de proceso programables

Información on-line

Conectividad con otras plantas

Crecimiento a bajo costo

Toma de datos fuera de ruta

Desventajas CSI 2120

Menos amigable con operación

Sin alarma

No integra otras tecnologías

8.5.1.1 FILTROS PASA ALTOS

Los siguientes filtros pasa altos están disponibles para ser usados con la técnica

PeakVue.

500 Hz 1.000 Hz 2.000 Hz 5.000 Hz 10.000 Hz 20.000 Hz

TABLA Nº 14 FILTROS PASA ALTOS DISPONIBLES EN EL ANALIZADOR 2120




112

Especificaciones técnicas del analizador se adjuntan en el anexo Nº 12. Además, a

continuación se destaca la técnica de promediación Order Tracking, muy utilizada durante la

etapa de mediciones.

8.5.1.2 ORDER TRACKING

Order Tracking es una técnica de promediación que permite al analizador 2120 ajustar

automáticamente la adquisición de datos a partir de los cambios en la velocidad de giro

(rpm) de la máquina. Se usa principalmente en máquinas de velocidad variable.

Debido a los cambios de velocidad que experimentan algunas máquinas durante su

funcionamiento, los peak asociados con ciertas fallas de máquina frecuentemente enturbian

con muchas frecuencias el espectro, lo que hace difícil determinar que peak están asociados

a 1x, 2x, etc. y prácticamente imposible identificar frecuencias de fallas de rodamientos,

frecuencias de correas y otras frecuencias de fallas características.

Order Tracking debe ser usado con un tacómetro que proporcione un pulso por

revolución. La señal de vibración que es medida por el 2120 es automáticamente ajustada

sobre la base de los intervalos de tiempo entre cada uno de los pulsos.

8.5.2 FOTOTACÓMETRO 404B

Un fototacómetro es un instrumento empleado para medir la velocidad angular de un

mecanismo en revoluciones por minuto, a través de un sistema óptico.

El fototacómetro infrarrojo modelo 404B de CSI es apropiado para uso exterior debido

a que su sensor infrarrojo es prácticamente inmune a la luz ambiental.




113

Cuando es usado con un analizador CSI, el fototacómetro provee una señal tacométrica

de referencia para aplicaciones que incluyen mediciones de velocidad de giro, promedios

sincrónicos en el tiempo, balance de maquinaria, mediciones de fase, etc.

FIGURA Nº 27 FOTOTACÓMETRO 404B DE CSI

8.5.3 SOFTWARE

El software utilizado para procesar la información recopilada en las mediciones de

terreno realizadas al digestor continuo de la planta es RBMware versión 4.8. Este programa es

una herramienta muy valiosa al momento de evaluar la condición de los rodamientos

analizados ya que posee una base de datos, en la cual se puede cargar el número del

rodamiento que se este analizando por medio de sus espectros.

Para esto el programa calcula las frecuencias de falla de dicho elemento rodante y

luego las compara con los peak obtenidos del análisis, desplegando en pantalla la información

en forma muy clara y precisa, ya que posee a su vez herramientas que permiten dominar




114

algunas variables de la medición, lo que permite manipular el espectro sin alterar la

información que este nos entregue del equipo que se esta analizando.

RBMware automatiza en gran medida las tareas relativas a la toma de datos

predictivos. El trabajo de toma de datos comienza normalmente por la descarga de una o

varias rutas desde el computador PC al analizador de maquinaria. Cada ruta es una lista

ordenada de máquinas y sus correspondientes puntos de medida asociados para que el técnico

analista pueda hacer un buen seguimiento de la toma de datos, indicando para cada punto las

condiciones de almacenamiento de información en forma de espectro, onda o ambos.

FIGURA Nº 28 COMUNICACIÓN ANALIZADOR/PC




115

8.6 MEDICIONES Y ANÁLISIS ESPECTRALES

Al momento de realizar las mediciones en el motor hidráulico, se utilizaron los

resultados obtenidos en el caso Nº 2 anteriormente expuesto, en lo que respecta al calculo del

ancho de banda y número de líneas, con que el equipo analizador recolectara la información al

efectuar la medición en terreno, ya que con esta configuración mas la instrumentación

correspondiente se obtendrá la mayor cantidad posible de información y en forma clara en

cada uno de los puntos de análisis, algunas imágenes de las mediciones realizadas en el motor

se integraran como anexo Nº 13.

Para el análisis vibratorio de nuestro motor hidráulico debemos considerar que es un

motor industrial Marathon MB 1600 de Hagglunds (para ver mas información del motor

consultar planos de instalación en anexo Nº 14), el cual consta de tres rodamientos (SKF

29426E, SKF NCF 2940V y SKF 23060) los que serán analizados en forma independiente en

busca de fallas incipientes o avanzadas (BSF, FTF, BPFO, BPFI). Como la cantidad de

espectros es alta, solo se incorporaran los más relevantes o que presenten algún compromiso

por parte del rodamiento en referencia a su frecuencia de falla.

Gracias a la versatilidad del software RBMware el análisis es relativamente simple ya

que al cargar el numero de rodamiento en su base de datos este calcula las frecuencias de falla

para cada tipo de anomalía en el elemento rodante (se explican en el capitulo Nº 7.15.4.3

Frecuencia de falla generada por los elementos rodantes). Luego despliega sobre el espectro

las frecuencias de falla, las que de presentarse deben coincidir sus peaks, con alguna

frecuencia de falla entregada por el software, destacada en color rojizo y designada en su

parte superior por una letra, dependiendo de la falla que se este evaluando(BSF, FTF, BPFO,

BPFI) y su correspondiente frecuencia.




116

8.6.1 RODAMIENTO SKF 29426E: Puntos de medición

1 Horizontal

1 Vertical

05 - UNIDAD HID RAST FONDO 18-16005-N-NN-NM-MH1 MOTOR HIDRAULICO 1 HORIZONTAL

RutaEspectro 25-Mar-09 15:43:18

GLOBAL= 1.13 V-DG RMS = .9773 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 29426E D=BPFI

D D D D D D D D D D D D

05 - UNIDAD HID RAST FONDO 18-16005-N-NN-NM-MV1 MOTOR HIDRAULICO 1 VERTICAL


GLOBAL= .6096 V-DG RMS = .5043 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 29426E C=BPFO

C C C C C C C C C C C C




117

1 Axial

2 Horizontal

05 - UNIDAD HID RAST FONDO 18-16005-N-NN-NM-MA1 MOTOR HIDRAULICO 1 AXIAL



0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 29426E B=BSF

BBBBBBBBBBBB




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 29426E D=BPFI

D D D D D D D D D D D D




118

2 Vertical

3 Vertical




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.06

0.12

0.18

0.24

0.30

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 29426E C=BPFO

C CC C C CC C C C C C




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 29426E C=BPFO





119

3 Axial

Demodulación 1 Horizontal




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 29426E C=BPFO



AnalizarEspectro 25-Mar-09 16:16:14 (Demod-HP 1000 Hz)

RMS = .0148 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 2000 4000 6000 8000

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s

>SKF 29426E D=BPFI

DDDDDDDDDDDD




120

Demodulación 1 Vertical

Demodulación 1 Axial



RMS = .0282 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 2000 4000 6000 8000

0

0.005

0.010

0.015

0.020

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s

Frec: Ordn: Espc:

957.61 136.80 .01504

>SKF 29426E B=BSF

BBBBBBBBBBB



RMS = .0232 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 2000 4000 6000 8000

0

0.004

0.008

0.012

0.016

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s >SKF 29426E

C=BPFO

CCCCCCCCCCCC




121

Observaciones

Tras analizar los espectros arrojados por las mediciones realizadas en terreno, podemos

observar que este elemento no presenta anomalías o fallas incipientes, que pudieran

manifestarse en cada una de las secciones del rodamiento por lo que este elemento no es

necesario intervención en el corto plazo, ya que su condición de trabajo es optima y sus peak

no coinciden con alguna frecuencia de falla. Cabe mencionar que los peak que se muestran

con mayor claridad en los espectros corresponden a la condición normal de funcionamiento

del motor y no necesariamente son peak generados por algún tipo de falla en este rodamiento.

8.6.2 RODAMIENTO SKF NCF 2940V: Puntos de medición 1 Horizontal




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF NCF2940V L=BPFI

L L L L L L L L L L L L




122

1 Vertical

1 Axial




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF NCF2940V K=BPFO

K K K K K K K K K K K K




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg






123

2 horizontal

2 Vertical




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg






0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.06

0.12

0.18

0.24

0.30

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg






124

3 Vertical

Demodulación 1horizontal




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg





RMS = .0148 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 2000 4000 6000 8000

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s >SKF NCF2940V

K=BPFO

KKKKKKKKKKKK




125





RMS = .0282 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 2000 4000 6000 8000

0

0.005

0.010

0.015

0.020

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s

Frec: Ordn: Espc:

957.61 136.80 .01504





RMS = .0232 CARGA = 100.0 RPM = 7. (.12 Hz)

0 2000 4000 6000 8000

0

0.004

0.008

0.012

0.016

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s >SKF NCF2940V

K=BPFO

KKKKKKKKKKKK




126

Observaciones

Una vez analizada las mediciones obtenidas en terreno, se logro concluir que dicho

rodamiento trabaja correctamente, donde los peak analizados no presentan ninguna anomalía

que pudiese representar una falla incipiente, ya que esta dentro de la misma línea de

funcionamiento con los demás elementos rodantes.

Al visualizar ambas formas de espectro, por medio del análisis frecuencial (en

velocidad) y la envolvente (en aceleración), se logro confirmar que el espectro obtenido es de

alta calidad en cuanto a su resolución, lo cual nos permite analizar este en toda su plenitud,

descartando de este modo cualquier falla.

8.6.3 RODAMIENTO SKF 23060: Puntos de medición 1 Horizontal




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 J=BSF

J J J J J J J J J




127

1 Vertical

1 Axial




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 L=BPFI





0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 K=BPFO

K K K K K




128

2 Horizontal

2 Vertical




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 K=BPFO





0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.06

0.12

0.18

0.24

0.30

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 J=BSF

J J J J J J J J J J J J




129

3 Horizontal

3 Vertical




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 K=BPFO





0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 J=BSF





130

3 Axial

Demodulación 1 Horizontal




0 400 800 1200 1600 2000 2400

0

0.05

0.10

0.15

0.20

Frecuencia en CPM

RM

SVel

ocid

ad e

n m

m/S

eg

>SKF 23060 J=BSF




RMS = .0153 CARGA = 100.0 RPM = 48. (.80 Hz)

0 4000 8000 12000 16000

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s

>SKF 23060 K=BPFO





131





RMS = .0290 CARGA = 100.0 RPM = 48. (.80 Hz)

0 4000 8000 12000 16000

0

0.005

0.010

0.015

0.020

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s

>SKF 23060 K=BPFO




RMS = .0238 CARGA = 100.0 RPM = 57. (.96 Hz)

0 4000 8000 12000 16000

0

0.004

0.008

0.012

0.016

Frecuencia en CPM

RM

SAce

lera

ción

en

G-s >SKF 23060

K=BPFO





132

Observaciones

Tras analizar los espectros obtenidas en las mediciones en terreno podemos concluir

que la condición en la cual se encuentra este rodamiento es optima y no presenta desperfecto o

falla incipiente, ya que al analizar sus espectros no se encuentran peak coincidentes con su

frecuencia de falla, solo se puede apreciar mediante la envolvente en 1 vertical tres peak

cercanos a su frecuencia de falla, pero sin presentar una amplitud elevada o importante, pero

debe ser considerada. Esto se respalda observando los espectros de demodulación analizados

para este rodamiento, confirmando que el elemento rodante funciona correctamente y no es

necesaria intervención alguna, solo debe seguir siendo monitoreado periódicamente.




133

CONCLUSIONES La técnica de análisis normal de vibraciones representa una gran herramienta para la

detección de fallas en máquinas rotatorias que componen los diversos procesos

productivos de las empresas. Sin embargo, se requiere de una gran inversión en tecnología

y capacitación, por lo que las empresas deben utilizar esta herramienta de manera muy

eficiente.

La técnica de Demodulación es un buen complemento del análisis normal de vibraciones

en la detección de fallas en máquinas rotatorias, y debe utilizarse para diagnósticos de falla

incipientes. El uso exclusivo de esta técnica puede dejar de lado información importante

en el análisis, que puede traer como consecuencia un pronóstico de vida equivocado.

Para problemas en rodamientos, la técnica de Demodulación permite detectar con

exactitud que parte del elemento está con problemas, siempre que esté en su etapa

incipiente. A medida que el defecto crece, la excitación que se produce pierde su carácter

impulsivo, y por lo tanto las frecuencias altas no se excitan de la misma forma y puede

llegar a creerse que el elemento se mejoró. En estos casos, se utiliza el análisis normal de

vibraciones que entrega más información de la severidad de la falla.

La complejidad que presentan algunas máquinas como lo es el motor hidráulico analizado

tanto en su geometría interna, como en algunas aplicaciones de velocidad o carga variable,

la dificultad de las mediciones en terreno, y otras variables externas como problemas de

transientes de temperatura, lubricación, o vibraciones inducidas por otros equipos, son un

problema ineludible y pueden llevar a diagnósticos errados. Es por esto que se debe




134

conocer el funcionamiento de la máquina o equipo en terreno, y ver la evolución de su

comportamiento mediante seguimientos periódicos, evitando así los imprevistos.

Los resultados de las mediciones efectuadas en el motor hidráulico y su análisis que es la

base de esta actividad terminal, no han arrojado ningún tipo de falla. Es por este motivo

que podemos concluir que este informe constituye una base para futuras mediciones y

análisis realizados a este equipo, ya que en este se establecen las bases necesarias, ajustes

y consideraciones que se deben realizar, si se quiere llevar a cabo este tipo de análisis y

obtener resultados confiables o mas precisos que nos permitan emitir un diagnostico mas

certero al momento de evaluar la condición vibratoria de el equipo estudiado, como lo fue

en nuestro caso el motor hidráulico que acciona el rastrillo de fondo del digestor continuo.

También es importante mencionar que los resultados obtenidos en el estudio del motor

hidráulico del digestor, son aplicables a otros equipos existentes en la C.M.P.C. Laja, ya

que existen procesos en los que la potencia suministrada es entregada por otras unidades

idénticas al equipo analizado. La información referente a sus números de rodamiento,

frecuencias de falla, ancho de banda y numero de líneas, entre otros ajustes, se han

integrado exitosamente a la base de datos del programa RBMware, fortaleciendo de esta

forma su base de datos, siendo de esta manera una nueva y efectiva herramienta, para

llevar a cabo un mas eficiente mantenimiento predictivo en sus instalaciones.




135

BIBLIOGRAFÍA

Edgar Estupiñán, DIAGNÓSTICO DE FALLAS EN MÁQUINAS DE BAJA

VELOCIDAD UTILIZANDO ANÁLISIS DE VIBRACIONES, Facultad de Ingeniería,

Universidad de Concepción, Chile, 2001.

VCI, Manual de análisis de vibraciones, Florida, USA, 1992.

Pedro Saavedra G. “ANÁLISIS DE VIBRACIONES DE MÁQUINAS ROTATORIAS,

NIVEL 1, 1994, Universidad de Concepción, Facultad de Ingeniería, Depto. De Ingeniería

Mecánica.

Glenn D. White. “INTRODUCCIÓN A VIBRACIÓN DE MÁQUINAS”. Versión 1.75 ©

1995 DLI Engineering Corp.

SKF. “MANUAL SKF DE MANTENIMIENTO DE RODAMIENTOS”. © 1992 SKF.

M. Phillips, W. Kilbey. “BEARING DEFECTS DETECTION AT VERY LOW

FRECUENCIES”. © 1998, DoctroKnow®Aplication Paper, CSI.

CSI. “USER’S MANUAL FOR MODEL 2120 MACHINERY ANALYZER”. © 1996

Computational System, Incorporated.

Cyril M. Harris. “SHOCK AND VIBRATION HANDBOOK”. © 1988, Tercera Edición.

McGraw Hill book Company, Inc.




136

PUBLICACIONES Y REFERENCIAS ELECTRÓNICAS

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Dave Druiff, Demodulation in Detail: CSI Model 750 Preprocessor Applications.

Todd Reeves, Vibration Analysis of Gears.

http://www.svdinc.com/classroom/classroom.html Diagnost method for rolling element bearing.

Maintenance Philoshopie.

http://www.predict-dli.com

Alan Friedman, Demodulation.

A. Barkov ,N. Barkova, Condition Assessment and Life Prediction of Rolling

Element Bearings


http://www.emersonprocess.com

http://www.svdinc.com/classroom/classroom.html

http://www.predict-dli.com



137

ANEXOS

ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO Nº 1 Esquema de proceso productivo CMPC Planta Laja. 139

ANEXO Nº 2 Vista panorámica del digestor continuo. 140

ANEXO Nº 3 Imágenes reductor, motor eléctrico. 141

ANEXO Nº 4 Motor hidráulico Marathon MB 1600. 142

ANEXO Nº 5 Datos técnicos de motores. 143

ANEXO Nº 6 Drenaje y purga del motor, montaje horizontal. 145

ANEXO Nº 7 Drenaje y purga del motor, montaje vertical. 145

ANEXO Nº 8 Instalación de la unidad hidráulica. 146

ANEXO Nº 9 Aceleración vibratoria. 147

ANEXO Nº 10 Acelerómetros. 147

ANEXO Nº 11 Analizador CSI 2120 y acelerómetros utilizados en las mediciones. 149

ANEXO Nº 12 Analizador CSI 2120, datos técnicos. 149

ANEXO Nº 13 Mediciones horizontales, verticales y axiales en el motor hidráulico. 153

ANEXO Nº 14 Planos esquemáticos de instalación del motor y la unidad hidráulica. 156




138

ANEXO Nº 1

ESQUEMA DE PROCESO PRODUCTIVO PLANTA




139

ANEXO Nº 2

VISTA PANORÁMICA DEL DIGESTOR CONTINUO




140

ANEXO Nº 3

IMÁGENES REDUCTOR, MOTOR ELÉCTRICO




141

ANEXO Nº 4

MOTOR HIDRÁULICO MARATHON MB 1600




142

ANEXO Nº 5

DATOS TÉCNICOS DE MOTORES

Unidad símbolo Métricos EE.UU. Potencia P = kW HP

Cilindrada Vi = cm3/rev. in3/rev.

Par específico TS = Nm/bar Ibf

Velocidad n = RPM RPM

Presión p = bar. Psi

Métricos

Tipo de motor

S index

Cilindrada

Vi

Par

Específico

Ts

Velocidad Nominal

n

Velocidad Máxima

n

Presión Máxima

p

Potencia máxima intermitente de

salida

P

MA 141 8890 141 56 80 350 254 MA 200 12575 200 38 55 350 254 MB 283 17768 283 385 50 350 390 MB 800-283 21 17768 283 80 130 350 575 MB 400 25145 400 28 35 350 390 MB 800-400 31 25145 400 36 50 350 515 MB 800-400 21 25145 400 56 95 350 515 MB 1150-400 21 25145 400 90 125 350 1031 MB 566 35561 566 28 35 350 515 MB 1150-566 21 35561 566 70 110 350 1031 MB 800-575 21 36121 575 42 65 350 515 MB 800 50265 800 18 25 350 515 MB 800-800 20 50265 800 28 45 350 515 MB 1150-683 21 42899 683 62 90 350 1031 MB 1150-800 21 50258 800 55 75 350 1031 MB 1150-975 21 61249 975 40 62 350 1031 MB 1150 72241 1150 38 53 350 1031 MB 1600-1375 21 86392 1375 30 43 350 1031 MB 1600 100529 1600 28 38 350 1031 MB 2400-1725 21 108383 1725 22 33 350 1546 MB 2400-1950 21 122520 1950 22 30 350 1546 MB 2400-2175 21 136657 2175 18 27 350 1546 MB 2400 150794 2400 16 24 350 1546 MB 3200 201059 3200 10 16 350 1580 MB 400 251323 4000 8 12 350 1580




143

DATOS TÉCNICOS DE MOTORES

Unidad símbolo Métricos EE.UU.

Potencia P = kW. HP.

Cilindrada Vi = cm3/rev. in3/rev.

Par específico TS = Nm/bar Ibf.

Velocidad n = RPM. RPM.

Presión p = bar. Psi.

EE.UU.

Tipo de motor

S index

Cilindrada

Vi

Par

Específico

TS

Velocidad Nominal

n

Velocidad Máxima

n

Presión Máxima

p

Potencia máxima intermitente de

salida

P

MA 141 542 7170 56 80 5000 340 MA 200 767 10170 38 55 5000 340 MB 283 1084 14390 385 50 5000 523 MB 800-283 21 1084 14380 80 130 5000 690 MB 400 1534 20340 28 35 5000 523 MB 800-400 31 1534 20340 36 50 5000 690 MB 800-400 21 1534 20340 56 95 5000 690 MB 1150-400 21 1534 20340 90 125 5000 1382 MB 566 2170 28780 28 35 5000 690 MB 1150-566 21 2170 28780 70 110 5000 1382 MB 800-575 21 2204 29240 42 65 5000 690 MB 800 3066 40680 18 25 5000 690 MB 800-800 20 3066 40680 28 45 5000 690 MB 1150-683 21 2618 34720 62 90 5000 1382 MB 1150-800 21 3067 40680 55 75 5000 1382 MB 1150-975 21 3738 49570 40 62 5000 1382 MB 1150 4408 58480 38 53 5000 1382 MB 1600-1375 21 5270 69920 30 43 5000 1382 MB 1600 6132 81360 28 38 5000 1382 MB 2400-1725 21 6611 87700 22 33 5000 2072 MB 2400-1950 21 7473 99150 22 30 5000 2072 MB 2400-2175 21 8336 110600 18 27 5000 2072 MB 2400 9198 122050 16 24 5000 2072 MB 3200 12265 162750 10 16 5000 2117 MB 400 15330 203440 8 12 5000 2117




144

ANEXO Nº 6

DRENAJE Y PURGA DEL MOTOR

Montaje horizontal

ANEXO Nº 7

DRENAJE Y PURGA DEL MOTOR

Montaje vertical




145

ANEXO Nº 8

INSTALACIÓN DE LA UNIDAD HIDRÁULICA




146

ANEXO Nº 9

ACELERACIÓN VIBRATORIA

ANEXO Nº 10

ACELERÓMETROS

El acelerómetro es uno de los transductores más versátiles, siendo el más común el

piezoeléctrico (cuarzo) por compresión. Este se basa en el principio, que cuando se comprime

un retículo cristalino piezoeléctrico, se produce una carga eléctrica proporcional a la fuerza

aplicada. La medición proporciona los siguientes parámetros: aceleración de la vibración,

velocidad de vibración y variación de vibración.

Vo

Vo

Vo

Do

Do

F máx

F máx




147

De este modo se caracterizan las vibraciones con precisión. Los acelerómetros son

portátiles y sus valores medidos se pueden almacenar parcialmente, los acelerómetros

utilizados se mostraran a continuación.

ACELERÓMETRO (de baja) 0,500 mV/g.

ACELERÓMETRO (de alta) 100 mV/g.




148

ANEXO Nº 11

ANALIZADOR CSI 2120 Y ACELERÓMETROS UTILIZADOS EN LAS

MEDICIONES

ANEXO Nº 12

ANALIZADOR CSI 2120, DATOS TÉCNICOS




149

DIMENSIONES FÍSICAS

Alto:273.1 mm, ancho:174.6 mm

espesor:38.1 mm

Peso: 2.15 Kg

Teclado de 41 teclas e iluminadas

Señales de entrada 2mA, 20V

(nominal).

Suministro de energía para sensor del

Instrumento

Temperatura de trabajo: 0-50°C

Humedad relativa: 0-95 %

Alimentación Eléctrica:

Batería recargable de 7.2 V 2.4

Amp.

Tiempo de recarga 2.5 Hrs.

Tipos de señales de entrada:

Señales dinámicas

Señales DC

Señales de taco generador

Señales de entrada teclado

Señales de entrada de temperatura

Display LCD

76.2*101.6 mm

320*240 pixeles

Pantalla iluminada

Entradas tipos de sensor:

Sensores portables.

Acelerómetros, sensores de velocidad,

sensores de temperatura




150

ESPECIFICACIONES PARA MEDICIÓN

Conversor A/D: 16 Bits

Numero de promedios: 1-9999

Modos de premediación;

Normal

Peak hold

order Trading

Full escala: 3mV a 21 V

Ventanas: Hanning o uniforme

Capacidad de almacenaje datos:

Memoria interna: 512 a 1 Mb

Memoria externa : 2 a 4 Mb

Rango de frecuencia:

10 Hz mínimo

40 Khz máximo

Integrador automático de

corrección

Nº de almacenamiento de espectros:

2000 espectros con 400 líneas de

resolución

incluyendo, espectros, formas de onda y

tendencia para 200-300 puntos de

Resolución: 100-3200 líneas o 6400

líneas de resolución

Impresión: por puerto serial con

impresora

Modelo 720

Medición Comunicaciones:

RS 232 por puerto serial

19.6 a 115.2 kb audios

Conexión por PC y redes




151

Acelerometro

Filtro paso alto Display

FFT

Cto. retenedor de peakCto. detector rectificador

Conversor A/DFiltro antialiasing

Frecuencia de muestreo 100 KHz

A40 KHz

1

2.56 x Fmax

Diagrama de bloque analizador CSI 2120




152

ANEXO Nº13

MEDICIONES HORIZONTALES, VERTICALES Y AXIALES EN EL MOTOR HIDRAULICO




153




154

ANEXO Nº 14

MOTOR UNIDAD HIDRÁULICA




155

ANEXO Nº 14

DIMENSIONES DEL MOTOR




156




157




Documents

Analisis de Vibraciones en Motores Hidraulicos 28 Dejuliode 2010