Toda la maquinaria con partes móviles genera fuerzas mecánicas durante el funcionamiento normal. A medida que la condición mecánica de la maquina cambia debido al desgaste, los cambios en el entorno operativo, las variaciones de carga, etc. se generaran estas fuerzas. La comprensión de la dinámica de de maquinas y como las fuerzas crean componentes exclusivos de frecuencia de vibración, es la clave para entender las fuentes de vibración.
La vibración no solo sucede, hay una causa física, referida como una función de la fuerza, y cada componente de la vibración tiene su propia función. Los componentes que conforman una firma de vibración se como picos discretos en una FFT en una señal de dominio del tiempo.
El perfil de vibración que resulta del movimiento es el resultado de un desequilibrio de fuerzas. Por definición, el equilibrio se produce en los sistemas en movimiento cuando todas las fuerzas generadas por y que actúan en la maquina se encuentran en estado de equilibrio. En aplicaciones del mundo real, siempre hay cierto nivel de desequilibrio y todas las maquinas vibran en cierta medida.
MAQUINAS ROTATIVAS
Una maquina rotativa tiene uno o mas elementos que giran con un eje, tales como los elementos rodantes de los rodamientos, impulsores y otros rotores. En una maquina perfectamente equilibrada, todos los rotores giran sobre su eje central y todas las fuerzas son iguales. Sin embargo, en la maquinaria industrial, es común que un desequilibrio de estas fuerzas se produzca. Ademas de desequilibrio generado por un elemento giratorio, la vibración puede ser causada por la inestabilidad de los medios que fluyen a través de la maquina rotativa.
Desequilibrio del Rotor
Mientras el desequilibrio mecánico genera un perfil único de vibración, no es la única forma de desequilibrio que afecta a elementos giratorios. Desequilibrio mecánico es la condición en donde mas peso esta en un lado de una linea central de un rotor que en el otro. En muchos casos, el desequilibrio del rotor es el resultado de un desequilibrio entre las fuerzas centripetas generadas por la rotación. La fuente de vibración del rotor también puede ser un desequilibrio entre la sustentación generada por el rotor y la gravedad.
Las maquinas con elementos giratorios están diseñados para generar la elevación vertical de elementos cuando se opera dentro de parámetros normales. Esta elevación vertical debe vencer la gravedad para centrar correctamente el elemento giratorio en su estructura de apoyo. Sin embargo, la gravedad y la presión atmosférica varían con la altitud y la presión barométrica, el ascensor real no puede compensar las fuerzas de gravedad en ciertos ambientes. Cuando la desviación de la elevación real se aleja de la de diseño significativamente, un rotor no puede girar sobre su propia y verdadera linea central. Esta rotación de desplazamiento crea un desequilibrio y un nivel mensurable de vibración.
Inestabilidad de Flujo y Condiciones de Operación
Las maquinas rotativas sujetas al desequilibrio causado por el flujo turbulento incluyen bombas, ventiladores y compresores. Un buen diseño de este tipo de unidades incorpora las fuerzas dinámicas del gas o del fluido en la estabilización del elemento giratorio. La combinación de estas fuerzas y la rigidez del sistema del rotor de apoyo (es decir los rodamientos y sus soportes), determinan el nivel de vibración. La rigidez del apoyo del rotor es importante porque las fuerzas de desequilibrio resultantes de la inestabilidad de flujo pueden desviar elementos giratorios de su verdadera linea central, y la rigidez se resiste a la deformación.
las desviaciones de funcionamiento sobre una maquina pueden afectar la estabilidad de flujo, que afecta directamente el perfil de vibración. por ejemplo, el nivel de vibración de un compresor centrifugo es tipicamente bajo cuando se opera al 100% de carga con flujo de aire laminar a través del compresor. Sin embargo, un cambio radical en el nivel de vibración puede ser resultado de la disminución de carga. La vibración resultante de la operación a 50% de carga puede aumentar hasta en un 400%, sin cambios en la condición mecánica del compresor. Ademas, un cambio radical en el nivel de vibración puede ser resultado del flujo turbulento provocado por las restricciones, ya sea en la entrada o en la tubería de descarga.
Turbulencia o des balance de flujo (inestabilidad aerodinámica o hidráulica), no tiene el mismo impacto cuadrático sobre el perfil de vibración como el cambio de carga, si no se aumenta la energía total de vibración. Esto genera un perfil único que puede ser utilizado para cuantificar el nivel de inestabilidad presente en la maquina. El perfil generado por el flujo es visible en la paleta o de paso de la cuchilla a la frecuencia del elemento giratorio. ademas, el perfil muestra un marcado aumento en el ruido aleatorio generado por el flujo de gas o liquido a través de la maquina.
Movimiento Mecánico y Fuerzas
Un Claro entendimiento del movimiento mecánico de las maquinas y sus componentes es una parte importante del analisis de vibraciones. Esta compresión, junto con las fuerzas aplicadas por el proceso, son la base de la precisión diagnostica.
Casi cada frecuencia única que figura en la firma de vibración de un tren de maquinaria se puede atribuir directamente a un movimiento mecánico correspondiente dentro de la maquina. Por ejemplo, el juego longitudinal o axial constante generado por el elemento giratorio en un conjunto motor-generador genera una amplitud elevada en la fundamental (1x), segundo armónico (2x), y el tercer armónico (3x) de la velocidad de funcionamiento. Ademas, este movimiento aumenta la amplitud axial de la frecuencia fundamental (1x).
Las fuerzas resultantes del movimiento del aire o del liquido a través de una maquina también generan componentes de frecuencia única dentro de la señal de la maquina. En aplicaciones de flujo relativamente estables o laminares, el movimiento del producto a través de la maquina aumenta ligeramente la amplitud en la frecuencia de paletas o paso de alabes. En las aplicaciones mas severas de flujo turbulento, el flujo del producto genera una banda ancha, perfil de ruido blanco que se puede atribuir directamente a la circulación de producto a través de la maquina.
Otras fuerzas como la carga lateral creada por las transmisiones de correas en V, también generan frecuencias únicas o modifican frecuencias de componentes ya existentes. Por ejemplo la tensión excesiva de la correa aumenta la carga lateral en los ejes del tren de maquinaria. este aumento de la carga en los rodamientos, puede marcar un incremento en la frecuencia de rotación de la pista externa de los rodamientos.
La fuerza aplicada o las cargas inducidas también pueden desplazar los ejes en una maquina. como resultado el eje de la maquina gira fuera de su centro, lo que aumenta dramáticamente la amplitud en la frecuencia fundamental (1x) de la maquina.
La vibración no solo sucede, hay una causa física, referida como una función de la fuerza, y cada componente de la vibración tiene su propia función. Los componentes que conforman una firma de vibración se como picos discretos en una FFT en una señal de dominio del tiempo.
El perfil de vibración que resulta del movimiento es el resultado de un desequilibrio de fuerzas. Por definición, el equilibrio se produce en los sistemas en movimiento cuando todas las fuerzas generadas por y que actúan en la maquina se encuentran en estado de equilibrio. En aplicaciones del mundo real, siempre hay cierto nivel de desequilibrio y todas las maquinas vibran en cierta medida.
MAQUINAS ROTATIVAS
Una maquina rotativa tiene uno o mas elementos que giran con un eje, tales como los elementos rodantes de los rodamientos, impulsores y otros rotores. En una maquina perfectamente equilibrada, todos los rotores giran sobre su eje central y todas las fuerzas son iguales. Sin embargo, en la maquinaria industrial, es común que un desequilibrio de estas fuerzas se produzca. Ademas de desequilibrio generado por un elemento giratorio, la vibración puede ser causada por la inestabilidad de los medios que fluyen a través de la maquina rotativa.
Desequilibrio del Rotor
Mientras el desequilibrio mecánico genera un perfil único de vibración, no es la única forma de desequilibrio que afecta a elementos giratorios. Desequilibrio mecánico es la condición en donde mas peso esta en un lado de una linea central de un rotor que en el otro. En muchos casos, el desequilibrio del rotor es el resultado de un desequilibrio entre las fuerzas centripetas generadas por la rotación. La fuente de vibración del rotor también puede ser un desequilibrio entre la sustentación generada por el rotor y la gravedad.
Las maquinas con elementos giratorios están diseñados para generar la elevación vertical de elementos cuando se opera dentro de parámetros normales. Esta elevación vertical debe vencer la gravedad para centrar correctamente el elemento giratorio en su estructura de apoyo. Sin embargo, la gravedad y la presión atmosférica varían con la altitud y la presión barométrica, el ascensor real no puede compensar las fuerzas de gravedad en ciertos ambientes. Cuando la desviación de la elevación real se aleja de la de diseño significativamente, un rotor no puede girar sobre su propia y verdadera linea central. Esta rotación de desplazamiento crea un desequilibrio y un nivel mensurable de vibración.
Inestabilidad de Flujo y Condiciones de Operación
Las maquinas rotativas sujetas al desequilibrio causado por el flujo turbulento incluyen bombas, ventiladores y compresores. Un buen diseño de este tipo de unidades incorpora las fuerzas dinámicas del gas o del fluido en la estabilización del elemento giratorio. La combinación de estas fuerzas y la rigidez del sistema del rotor de apoyo (es decir los rodamientos y sus soportes), determinan el nivel de vibración. La rigidez del apoyo del rotor es importante porque las fuerzas de desequilibrio resultantes de la inestabilidad de flujo pueden desviar elementos giratorios de su verdadera linea central, y la rigidez se resiste a la deformación.
las desviaciones de funcionamiento sobre una maquina pueden afectar la estabilidad de flujo, que afecta directamente el perfil de vibración. por ejemplo, el nivel de vibración de un compresor centrifugo es tipicamente bajo cuando se opera al 100% de carga con flujo de aire laminar a través del compresor. Sin embargo, un cambio radical en el nivel de vibración puede ser resultado de la disminución de carga. La vibración resultante de la operación a 50% de carga puede aumentar hasta en un 400%, sin cambios en la condición mecánica del compresor. Ademas, un cambio radical en el nivel de vibración puede ser resultado del flujo turbulento provocado por las restricciones, ya sea en la entrada o en la tubería de descarga.
Turbulencia o des balance de flujo (inestabilidad aerodinámica o hidráulica), no tiene el mismo impacto cuadrático sobre el perfil de vibración como el cambio de carga, si no se aumenta la energía total de vibración. Esto genera un perfil único que puede ser utilizado para cuantificar el nivel de inestabilidad presente en la maquina. El perfil generado por el flujo es visible en la paleta o de paso de la cuchilla a la frecuencia del elemento giratorio. ademas, el perfil muestra un marcado aumento en el ruido aleatorio generado por el flujo de gas o liquido a través de la maquina.
Movimiento Mecánico y Fuerzas
Un Claro entendimiento del movimiento mecánico de las maquinas y sus componentes es una parte importante del analisis de vibraciones. Esta compresión, junto con las fuerzas aplicadas por el proceso, son la base de la precisión diagnostica.
Casi cada frecuencia única que figura en la firma de vibración de un tren de maquinaria se puede atribuir directamente a un movimiento mecánico correspondiente dentro de la maquina. Por ejemplo, el juego longitudinal o axial constante generado por el elemento giratorio en un conjunto motor-generador genera una amplitud elevada en la fundamental (1x), segundo armónico (2x), y el tercer armónico (3x) de la velocidad de funcionamiento. Ademas, este movimiento aumenta la amplitud axial de la frecuencia fundamental (1x).
Las fuerzas resultantes del movimiento del aire o del liquido a través de una maquina también generan componentes de frecuencia única dentro de la señal de la maquina. En aplicaciones de flujo relativamente estables o laminares, el movimiento del producto a través de la maquina aumenta ligeramente la amplitud en la frecuencia de paletas o paso de alabes. En las aplicaciones mas severas de flujo turbulento, el flujo del producto genera una banda ancha, perfil de ruido blanco que se puede atribuir directamente a la circulación de producto a través de la maquina.
Otras fuerzas como la carga lateral creada por las transmisiones de correas en V, también generan frecuencias únicas o modifican frecuencias de componentes ya existentes. Por ejemplo la tensión excesiva de la correa aumenta la carga lateral en los ejes del tren de maquinaria. este aumento de la carga en los rodamientos, puede marcar un incremento en la frecuencia de rotación de la pista externa de los rodamientos.
La fuerza aplicada o las cargas inducidas también pueden desplazar los ejes en una maquina. como resultado el eje de la maquina gira fuera de su centro, lo que aumenta dramáticamente la amplitud en la frecuencia fundamental (1x) de la maquina.
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