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Vibraciones en máquinas

El análisis y monitorizado de vibraciones son dos de las herramientas más usuales para prevenir incipientes problemas mecánicos relacionados con los procesos de fabricación en cualquier planta productiva, no limitándose sólo a las máquinas rotativas. Hasta hace poco, eran excluidas del análisis de vibraciones las máquinas con velocidades de funcionamiento bajas, así como las líneas de proceso continuo especialmente complejas. No obstante, en la actualidad se utilizan técnicas de análisis de vibraciones en máquinas cuyas velocidades nominales son del orden de hasta 6 r.p.m.

La figura representa el esquema general correspondiente a la gestión de un sistema de mantenimiento predictivo. El primer objetivo de todo sistema de mantenimiento basado en el monitorizado de las condiciones de funcionamiento de las máquinas es evitar las paradas no programadas. Desde esta perspectiva, el monitorizado de los parámetros relacionados con el estado de las máquinas, puede permitir planificar las acciones correctivas de forma que se minimicen dichos tiempos muertos.

Por otra parte, para obtener el máximo beneficio de la adopción de las técnicas de mantenimiento predictivo, éstas deben de ser integradas de forma apropiada dentro del plan de gestión de la planta o instalaciones industriales correspondientes, con la necesaria consideración de:

* La compatibilidad desde el punto de vista operacional
* Los posibles métodos de aplicación.
* El grado de preparación requerido para el personal involucrado.
* El valor intrínseco de la información obtenida.
* La manera en que dicha información ha de ser utilizada.
* La forma de recuperar al máximo las inversiones llevadas a cabo.

Todos estos aspectos pueden ser llevados a cabo mediante la aplicación de una serie de módulos de gestión recogidos de forma gráfica en la figura siguiente. La progresiva introducción de los mismos en el funcionamiento de los diferentes departamentos de la empresa permitirá que las técnicas de mantenimiento predictivo alcancen su pleno desarrollo.

Análisis de vibraciones para el mantenimiento predictivo de máquinas:

Hay que tener en cuenta que todas las máquinas vibran debido a las tolerancias inherentes a cada uno de sus elementos constructivos. Estas tolerancias proporcionan a una máquina nueva una vibración característica básica respecto a la cual se pueden comparar futuras vibraciones. Máquinas similares funcionando en buenas condiciones tendrán vibraciones características similares que diferirán unas de otras principalmente por sus tolerancias de construcción.

Un cambio en la vibración básica de una máquina, suponiendo que está funcionando en condiciones normales, será indicativo de que algún defecto incipiente se está dando en alguno de sus elementos, provocando un cambio en las condiciones de funcionamiento de la misma.Diferentes tipos de fallos dan lugar a diferentes tipos de cambios de la vibración característica de la máquina, pudiendo ayudar a determinar tanto la fuente del problema, como advirtiendo de su presencia.

Parámetros para la monitorización de maquinaria de producción.:

MÁQUINAS ROTATIVAS
Muchos programas de análisis de vibraciones se limitan al estudio de máquinas como bombas y ventiladores. Sin embargo, el monitorizado y el análisis de vibraciones pueden extenderse también a maquinaria rotativa más compleja, así como a una gran variedad de sistemas en procesos continuos. Por ello, la clasificación de máquinas rotativas debería incluir bombas, ventiladores, compresores, generadores, máquinas de papel y una gran variedad de máquinas de procesos continuos más.
Por definición, un TREN DE MAQUINARIA consiste en una fuente de potencia (motor eléctrico, turbina de vapor, ...), unos acoplamientos intermedios (correas, embragues, cajas de cambio, ...) y toda una serie de elementos móviles como bombas, ventiladores y demás componentes que pueden intervenir en procesos continuos.

Todo elemento de un tren de maquinaria genera una serie de fuerzas dinámicas durante el funcionamiento de la máquina. Cada una de estas fuerzas dará lugar a frecuencias de vibración que identificarán a los diferentes componentes de la máquina. Desde el momento en que todos los componentes de una máquina están unidos entre sí, las frecuencias de vibración de cada uno de los componentes de la máquina se transmitirán a la totalidad de la misma. Sin embargo, el monitorizado de las frecuencias de vibración en puntos específicos de la máquina puede ayudar a aislar e identificar el componente defectuoso.
Si se desea obtener un máximo beneficio y un óptimo diagnóstico del programa de monitorizado de vibraciones se debe monitorizar y evaluar la máquina en su conjunto. En este sentido, muchos programas se encuentran muy limitados por el monitorizado de cada elemento de la máquina por separado, limitándose en gran medida la posibilidad de detectar de una manera incipiente los problemas en la máquina. Cómo determinar, por ejemplo, que los ejes de un motor y de su carga están desalineados si no se puede comparar la frecuencia de vibración del sistema a ambos lados del acoplamiento. Es absolutamente imprescindible por ello conocer la dinámica de la máquina para poder establecer una base de datos adecuada en la que estén contemplados los rangos de vibración de la máquina, los límites de alarma y los parámetros de análisis sobre los cuales se pueda establecer el grado de degradación de la máquina, y la raíz de los problemas incipientes en la misma.

MÁQUINAS CON MOVIMIENTO ALTERNATIVO

El análisis de vibraciones es también directamente aplicable a maquinaria con movimiento alternativo, aunque para este tipo de máquinas deberá utilizarse una lógica distinta de diagnóstico. Al contrario de lo que ocurre con las máquinas rotativas, los modos de vibración generados por las máquinas con movimiento alternativo no son los armónicos simples de la velocidad de un eje de una máquina rotativa.
Por ejemplo, un motor de dos tiempos completa su ciclo cuando el árbol de la manivela da una vuelta entera. Este tipo de solicitaciones generan armónicos simples; sin embargo, los esfuerzos adicionales asociados al fenómeno de la combustión dan lugar una serie de componentes de vibración mucho más fuertes en el segundo armónico de la velocidad del árbol de la manivela.
Por otro lado, en máquinas con movimiento alternativo de cuatro tiempos, el cigüeñal debe girar los 720º (2 vueltas) antes de completar todas las solicitaciones, de ahí que pocas frecuencias de vibración puedan ser armónicos directos de la velocidad del cigüeñal.
En consecuencia, un análisis completo de la maquinaria de movimiento alternativo requiere tener en cuenta un análisis del dominio en el tiempo. En este tipo de maquinaria tanto los datos del dominio en frecuencia como los del dominio en el tiempo deben tomarse en relación con el ángulo de fase del cigüeñal. Posteriormente, evaluando exactamente cómo están relacionados los componentes específicos de la vibración con el ángulo de fase del
cigüeñal, puede llegar a determinarse la fuente de cada vibración.

MÁQUINAS CON MOVIMIENTO LINEAL

La maquinaria con movimiento lineal tiene también un modelo repetible de fuerzas y movimiento por lo que el análisis de vibraciones puede emplearse igualmente para analizar este tipo de máquinas. La relación existente entre los modos de vibración y el movimiento lineal es la clave para analizar estas máquinas.
Para este tipo de máquinas, el análisis de vibraciones en el dominio del tiempo es más apropiado. Dado que las fuerzas y modos de vibración producidos por la mayoría de las máquinas de movimiento lineal no se vuelven a repetir con cada rotación de un eje, no es necesario el análisis en dominio de la frecuencia para una evaluación segura.