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ANALISIS DE VIBRACIONES APLICADO A LAS MAQUINAS ROTATORIAS DE BAJA VELOCIDAD

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ANALISIS DE VIBRACIONES APLICADO A LAS MAQUINAS ROTATORIAS DE BAJA VELOCIDAD

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Hoy en día la mayoría de las industrias modernas dentro de sus programas de mantenimiento predictivo, utilizan el monitoreo y análisis de las vibraciones con el fin de establecer cuál es el estado de salud mecánica de las máquinas y en particular de sus elementos más críticos como son los rodamientos, descansos y engranajes, y de esta manera prevenir fallas catastróficas. Sin embargo, cuando las máquinas giran a baja velocidad, el análisis se complica debido principalmente a que la magnitud de las fuerzas dinámicas que generan las vibraciones decrece con la velocidad de rotación. Por ejemplo, el desbalanceamiento genera una fuerza centrífuga proporcional al cuadrado de la velocidad. Adicionalmente, las máquinas de baja velocidad típicamente son de mayor tamaño y peso, por lo tanto, la señal de vibración medida sobre el alojamiento de los descansos es frecuentemente de muy baja amplitud y con una baja razón señal-ruido.

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BPFO (Ball pass frequency of the outer race), es la frecuencia de paso de los elementos rodantes por un defecto en la pista externa.

BPFI (Ball pass frequency of the inner race), es la frecuencia de paso de los elementos rodantes por un defecto en la pista interna.

BSF (Ball spin frequency), es la frecuencia de giro de los elementos rodantes.

FTF (Fundamental train frequency), es la frecuencia de rotación del canastillo o jaula que contiene los elementos rodantes

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ANÁLISIS ESPECTRAL, PROMEDIACIÓN Y RESOLUCIÓN EN FRECUENCIA

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ANÁLISIS ESPECTRAL, PROMEDIACIÓN Y RESOLUCIÓN EN FRECUENCIA

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El análisis frecuencial (o espectral), es la técnica más comúnmente empleada para el diagnóstico de fallas por medio del análisis de vibraciones. Se pueden identificar fallas típicas tales como desbalanceo de rotor, desalineamiento, solturas mecánicas y defectos en rodamientos. La idea fundamental del análisis frecuencial es encontrar la relación existente entre la frecuencia de las componentes discretas presentes en el espectro y la frecuencia de las fuerzas dinámicas que generan las vibraciones.

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LA FIGURA 1  muestra el espectro de la aceleración vibratoria del rodamiento lado libre del rodillo superior de la cuarta prensa de una máquina papelera, que gira a 31 cpm. El rodamiento es el SKF-23276, y el BPFO es de 7.77xRPM. Para la vigilancia periódica de la mayoría de máquinas, es común utilizar un espectro de 400 líneas obtenido con cuatro promedios, como el mostrado en la figura 1.

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El análisis de la forma de la onda de la vibración es una de las técnicas del domino tiempo más útiles para detectar defectos en rodamientos. Por ejemplo, el análisis de la forma de onda de la aceleración vibratoria permite identificar los impactos producidos por el paso de los elementos rodantes sobre un defecto localizado, y por medio de su periodicidad y su relación con la frecuencia de falla identificar la localización del defecto (pista interna, externa o canastillo).

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LA FIGURA 3  muestra el espectro de frecuencia y la forma de onda de la vibración generada por un rodamiento con un defecto en la pista externa. El rodamiento pertenece a un pequeño agitador, cuya velocidad nominal de rotación es de 60 cpm. Analizando el espectro, no es posible determinar sí el rodamiento posee una falla. El espectro no posee componentes espectrales discretas con una frecuencia claramente definida, debido a que el agitador cambio ligeramente su velocidad mientras se adquirían los datos, causando así una dispersión de las componentes espectrales. Sin embargo, el análisis de la señal de vibración en el dominio del tiempo, permitió identificar un defecto en el rodamiento, aun cuando la velocidad de la máquina cambiara durante la adquisición de datos.

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Por medio de este trabajo, se ha podido mostrar que utilizando el análisis de vibraciones es factible monitorear y diagnosticar el estado de la condición mecánica de las máquinas de baja velocidad y en particular de sus rodamientos, considerados como elementos fundamentales para su buen desempeño. Para llegar a un diagnóstico acertado, se hace necesario realizar el estudio de sus vibraciones utilizando de forma integrada varias de las técnicas de análisis disponibles hoy en día en varios de los equipos de análisis de vibración modernos. Para el análisis de las vibraciones de frecuencias más bajas, se debe realizar una adecuada selección y uso de los componentes que conforman la cadena de medición, de forma tal que sus componentes no sean filtradas o atenuadas. En la etapa de medición de la vibración, se deben encaminar grandes esfuerzos hacia el mejoramiento de la razón señal-ruido, con el fin de obtener la información más confiable para el análisis y poder lograr así diagnósticos cada vez más acertados.