CApTULO 5 DIAGNSTICOS DE VIBRACIN MEJORADOS UTILIZANDO ANLISIS DE FASE Y DIAGRAMAS DE CASCADA 5.1.1 SABER lO QUE ES UNA FASE Y SUS APLICACIONES 5.11 INTRODUCCiN Fase es la relacin que tiene la vibracin con respecto a otra parte en vibracin o punto fijo de referencia. Tambin se puede describir como el movimiento de vibracin en una ubicacin relativa al movimiento de vibracin en otra ubicacin (por ejemplo, la fase en el rodamiento exterior en direccin horizontal relativa al de la direccin vertical). La fase se visualiza fcilmente si est familiarizado con el uso de una luz de tiempo para especificar la medicin de tiempo de un motor de automvil. La fase de vibracin es muy similar a excepcin de que la vibracin (no la chispa) es el disparador. Si un analista comprende claramente lo que es una fase puede utilizar esta poderosa herramienta analtica para diferenciar. con conviccin. entre los mltiples problemas que pueden surgir por alta vibracin a 1X RPM, 2X RPM y 3X RPM. Al tomar medidas de fase en la carcaza de cada rodamiento en las tres direcciones (horizontal, vertical y axial), el analista puede determinar si el problema es un desbalanceo, desalineacin, base suave, flecha doblada, rotor excntrico, pernos de sujecin aflojados, resonancia, rodamiento desalineado u otros problemas severos potenciales (todos los cuales pueden generar espectros de vibracin que parecen ser idnticos). 5.12 CMO TOMAR MEDIDAS DE FASE Las Figuras 1 y 2 ilustran dos mtodos tpicos con luz estroboscpica para tomar medidas de fase (ahora ya hay luz estroboscpica disponible para utilizarse con colectores de datos). Otro mtodo, mostrado en la Figura 3, utiliza una fotocelda estacionaria o un lser enfocado en una pieza de cinta de reflexin montada en la parte en rotacin. . nstrumente de Vibracin Rfrencia Angular Luz Estroboscplca Estacionaria iIil ..... ... '''0' .. :. -.0;' .. .. '.' jl. .-.'; c '. ...... :tf " o O QtO" . . l Marca Rotativa ...> .C;;i1 de Referencia FIGURA 1 REFERENCIA DE FASE CON UNA MARCA DE REFERENCIA DE ROTACiN Y UNA REFERENCJAANGUlAR ESTACIONARIA Copyright Technical Assoclates of Charlotte, lnc, Entek lRD lnternational 5-1 Referencia Angular Rotativa Instrumento de Vibracin ~ . FIGURA 2 MEDICiN DE FASE CON UNA MARCA DE REFERENCIA ESTACIONARIA Y UNA REFERENCIA ANGULAR EN ROTACiN Instrumenta de Vibracinl' FIGURA 3 MTODO CON FOTOCELDA PARA ADQUIRIR MEDIDAS DE FASE Para adquirir adecuadamente las medidas de fase, es importante que primero realice lo siguiente. Despus de haber "afinado" la luz estroboscpica a la frecuencia de inters, debe grabar la amplitud de vibracin y la fase. Si utiliza un instrumento de filtro barrido como el que se muestra en la Figura 1, la luz estroboscpica se puede orientar en cualquier forma para poder ver mejor la marca de referencia, pero el transductor debe estar montado firmemente en su lugar en cada punto de medicin. En contraste, si se utiliza una fotocelda. tanto la fotocelda como el transductor deben estar asegurados en cada punto de medicin. nicamente el transductor se mueve hacia la siguiente ubicacin. El mtodo de foto celda es ms preciso que el mtodo estroboscpico de filtro barridoya que los instrumentos miden el ngulo de la fase dentro de tolerancias muy precisas. Como el mtodo estroboscpico se hace a mano, cabe la posibilidad de presentarse un error humano. 5.13 UTILIZACiN DEL ANLISIS DE FASE EN DIAGNSTICOS DE VIBRACiN Para determinar si toda la cara del rodamiento se est moviendo hacia delante y hacia atrs axialmente (como en la Figura 4), o si est vibrando con un movimiento de torsin (como se muestra en la Figura 5), las medidas de fase se toman desde cuatro puntos en la carcaza del rodamiento en direccin axial. ,-/ @ Copyright Technical Associates of Charlotte. Ine. 5-2 Entek IRD International '.IIio5.131 Evaluacin del Movimiento Axial de una Carcaza de Rodamiento para Revelar un Rodamiento Posiblemente Desalineado o una Flecha Doblada Utilizando las convenciones mostradas en la Figura 4, el transductor debe montarse en las ubicaciones 1, 2, 3 Y4. En este caso, el anlisis de fase indica que el rodamiento se est moviendo axialmente en un movimiento plano. 'FASE '1 2 1'503 15()? 4 FIGURA 4 FASE AXIAL MOSTRANDO UN MOVIMIENTO PLANO Sin embargo, si las mismas cuatro medidas producen una diferencia de fase de 90 en cada ubicacin, como se muestra en la Figura 5, se puede sospechar que hay una flecha doblada o un rodamiento desalineado. En este caso, el cambio de fase de 1800 a lo largo de los puntos 1 y 3 indica unmovimiento de torsin hacia arriba y haca abajo, mientras que la diferencia de 180entre los puntos 2 y 4 revela una torsin de lado a lado. FASE 1 2 1500 4 FIGURA 5 FASE AXIAL QUE MUESTRA MOVIMIENTO DE TORSiN OCASIONADO POR UNA FLECHA DOBLADA O UN RODAMIENTO DESALINEADO Para un mayor anlisis de fase se puede utilizar una varilla de flecha en cualquier lado del rodamiento para confirmar que hay una flecha doblada. Esto se muestra en la Figura 6. En este caso, las lecturas estn fuera de fase por 1800 porque ambos transductores estn apuntando en la misma direccin (Nota: si un transductor se encuentra a 1800 en la direccin opuesta, la lectura de fase cambiar automticamente de 180 a 90 0270). Copyright Technical Associates of Charlotte, Inc. Entek IRD International 5-3 t'o VARILLA DE FLECHA 09 ~ 9 f ) " 1 1 f O ~m{)90" t80Q FIGURA 6 UTILIZACiN DE UNA VARILLA DE FLECHA PARA CONFIRMAR QUE HAY UNA FLECHA DOBLADA Para verificar una condicin de desbalanceo, utilice las mediciones de fase radial; todas se encuentran ilustradas en la Figura 7. Si una condicin de desbalanceo es el nico problema que tiene una mquina, los incrementos de fase entre cada una de las ubicaciones de medicin radial en cada rodamiento sern de 90 de separacin. Si el transductor se mueve 90 cada vez, los cambios significativos de una diferencia de fase de 90significan que el problema es otro diferente al desbalanceo. Un mejor indicador del desbalanceo es la comparacin de la diferencia de fase en la direccin horizontal en los rodamientos exterior e interior. Despus encuentre la diferencia de la fase vertical entre las mediciones en los rodamientos exterior e interior. Si el desbalanceo es significativo la diferencia de la fase horizontal debe ser igual a la diferencia de la fase vertical entre los rodamientos exterior e interior dentro de 30. Adems, el pico a 1X RPM ser alto. Esto muestra que el movimiento resultante del rotor es el mismo tanto en la direccin horizontal como en la direccin vertical. Si el movimiento resultante no es el mismo, el problema dominante es otro diferente al del desbalanceo. 5.132 Comportamiento de la Fase Ocasionado por Aflojamiento o Debilidad Si la amplitud y/o la fase cambia significativamente entre los componentes que coinciden, como se muestra en la Figura 8, se debe pensar en que haya aflojamiento o debilidad. Observe la importante amplitud y el cambio de fase entre las mediciones en la placa de asiento y la base de soporte de concreto. Este problema puede ser ocasionado por lechado inadecuado entre estas dos superficies. Copyright Teehnieal Assoeiates of Charlotte, Ine. Entek IRD International 5-4 ( M.OrOR BOMBA TABLA A FASE A 1X RPM PARA UNA MQUINA CON UN DESBALANCEO DE FERzADoMINANTE out '1 '2 3 4 A 50" ; 97;0,* H 4O!i '''q 1209 ,tdO .1200 J35F .. ValOr ... de fa"eon.ctadot. para de aceler6metro en 18QD . TABLA B FASE A 1X RPMPARA UNA MQUINA CON NDESBALANCEO DE ACOPLAMIENTO DOMINANTE QIA. .. 1 ,2 3 4 . ,., . qoo ".?fJ". 60 "eap H .. .2l00 .'200. 22QP' V 120'"' 295 '.2800 lO d. PI" de aco'erfnetro "" 1.10 TABLAC FASE A 1itRPM PARA UNA MQUINA CONUN DESBALANCED DINMICO IMPORTANTE DIR:. 1 .2 a ;4 cA '''7()'' '$0".' H o; .'''lb'' 'V 'f2C)'" 1S09 170" ,'65;> . c9f1eclad9s pal'llorle;ntacln ae"ac.l.r"metro en 180 FIGURA 7 MEDIDAS TPICAS DE FASE QUE INDICAN UN DESEQUILIBRIO ESTTICO, DE . ACOPLAMIENTO O DINMICO .32Q pul!lfse!l '1'/111,...' . 1 .,... CIMIENTOS- ..'{ . 1/1/11/1,/ FIGURA 8 MEDIDAS DE FASE PARA AFLOJAMIENTO Copyright Technical Associates of Charlotte, tnc, Entek IRD International 5-5 5.133 Comportamiento de Fase Debido a la Desalineacin La Figura 9 ilustra los dos tipos bsicos de desalineacin de la flecha. .. .DESALINEACIN .. : :- - . ~ Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-3 I TABLA 6.0 TABLA ILUSTRADA DE DIAGNSTICO DE VIBRACIONES FUENTE DEL ESPECTRO RELACION COMENTARIOS ./-'PROBLEMA TPICO DE FASE El Desequilibrio de Fuerzas est en fase y es COnstante. l.a '1... amplitud debido al desequilibrio aumentar por el cuadrado de laDESEQUILIBRIO DE MASA gCF'.AJ:)iA;L&W d.1 velocidad (aumento de velocidad 3X =9X v;brad6n ms alta). las A. DESEQUILIBRIO DE RPM a tx estar*" presentes y norrtlalmente domlna:"l el espectro. Se puede cmegir colocando Un $010 peso de equilibrio en un H.l- L plano en el centre de gravedad del rotor. (CG).FUERZAS BDesequilibrio del CopIe tiene hacia 1800fuera de fase en laB. DESBALANCEO DEL misma flecha. las RPM a 1x estarn presentes y normalmente dominan el espectro. La amplitud varia con el cuadrado de la velocidad en aumento. Puede causar altas vibraciones axiales y radiales. la correccin requiere colocar pesos de equilibrio en por _ lo menos dos planos. Note que debe existir una diferencia de fase COPLE ... de aproximadamente 180 entre las horizontales del cojinete interior y del exterior, asl como en sus respectivas verticales. El Desequilibrio del Rotor Colgado causa altas RPM a 1X en lasc. DESEQUILIBRIO DEL direcciones axiales y radiales. Las lecturas axiales tienden a estar en fase, mientras que las lecturas radiales pueden ser inestables.ROTOR COLGADO Generalmente, los rotores colgados tienen un desequilibrio de fuerzas y del copie, y requerirn de correcci6n. La excenbicidad ocurre cuando el centro de rotacin esta fuera del:::::=!i:::: centro geomtrico de una polea, engrane, cojinete, armadura del motor, etc. la \libraciOn ms grande ocurre a 1X RPM del ccmpcnente excnbico en una direccin a travs de los centros de los dos rotores. Las lecturas comparativas de las fases horizontal y lJertical usualmente difieren en 00 o en 180(cada una indica un movimiento en linea recta). los intentos de equilibrar el rotor excntrico usualmente resultan en la reduccin de la \libraciOn en una direccin, pero en el aumento de la misma en la olra direccin ROTOR EXCENTRICO radial (dependiendo de la cantidad de la excenbicidad) . Los problemas de ejes doblados causan una alta vibradn axial con las diferencias en la fase axial tendiendo a 160en el mismo componente de la mquina. Normalmente, la vibraci6n es FLECHA DOBLADA . .. dominante a 1X si la fiecha est dob&adacerca de su centro. pero ser a 2X si el rotor esta doblado cerca del copie. (Tenga cuidado de saber la orientaciOn del transductor para cada medicin axial si invierte la direccin de la sonda). O' . _ ..... o La mala alineacin angular se caracteriza por una alta vibracinMALA ALINEActon axial, desfasamiento de 180a travs del copie. Normalmente habr una alta vibraci6n axial a 1X Y 2X RPM. Sin embargo, no es raro que dominen 1X, 2X Y 3X. Estos sintomas tambien pueden indicar problemas en el copie. A. MALA ALINEACiN ANGULAR ......... ,'.,. . . Esta mala alineacin tiene sin tomas de vibracin similares a laB. MALA ALlNEACION angular, pero muestra una alta vibracin radial que se acerca a un desfasamiento de 180" a travs del copie. Generalmente, laPARALELA vibracin a 2X es ms alta que a 1X, pero su altura relativa a 1X esta dctada por el tipo de copie y su conebuccin Cuando la mala alineaci6n angular o radial se vuelve severa. puede generar picos alias de amp6tud a ann6nicas mucho ms altas (4XSX) o aun generar una serie de arm6nicas de alta frecuenc::iasimilares en ! '1irBl; ..----apariencia al aflojamiento mecnico. La construcQOn del copie generalmente ejerce una gran influenda en la forma del espectro cuando la mala aQneacin es severa. Un cojinete desviado genera mucha vibracin axial. Causa unC. COJINETE MAL movimiento de torcedura con un cambio de fase de aproximadamente 180 de arriba hacia abajo y/o de lado a lado.ALINEADO DESVIADO EN segun se mide en la direccin axial de la eereaza del cojinete. Alinear el copie o equilibrar el rotor no alMa el problema. Se debeLA FLECHA. ......... . ... retirar el ccple e instalarse correctamente. la resonancia ocurre cuando una frecuencia de fuerza coincide C1 con la frecuencia natural de un sistema, y puede causar una amplficacf6n de lo que puede ocasionar falla prematura o ms an, catastrfica. Esto puede ser la frecuencia natural del rotor, pero generalmente se puede originar en la estructura de soporte, cimientos, caja de engranes, o inclusive las bandas de Iraccin. Si un rotor esta en o cerca de la resonancia. ser casi imposible equillbrarlc debido al gran cambio de fase que experimenta (90en resonancia, casi 180" cuando atraviesa). Usualmente requiere cambiar la ubicacin de la frecuencia natural. las frecuencias naturales no cambian con ..... cambio en la velocidad, lo que facilita su identiflcacl6n. . ... .'- .L.iIAt::. .-....-.--.....:. :.-: . : .:: El aflojamiento mecnico est indicado por especlros del Tipo A. BAFLOJAMIENTO ... ................. .....@ .'Bn_..caes ... _ __MECNICO ... l(@z::aj;tr:ri,1.. ..TIPOA . . . : . . . . . . . . . . . . . . . . . . - - - .. . .:' ".) ,f. Balanceo Dinmico de Precisin: Ya que la resonancia de vibracin es igual a la multiplicacin del factor de aumento por la vibracin de frecuencia de fuerza, de no ser posible mover de manera efectiva la frecuencia natural fuera de la resonancia o disminuir el aumento (al agregar materiales de amortiguamiento), an se puede disminuir la vibracin resonante reduciendo las fuentes de las frecuencias de fuerza (desequilibrio, por ejemplo). En este caso, si la amplitud de balanceo se puede reducir de manera importante en varios rdenes, el resultado puede ser vibracin aceptable inclusive al estar en resonancia. Sin embargo, es importante sealar que puede ser necesario retirar el rotor para intentar balancearlo debido a los tremendos cambios de fase cuando entra en resonancia. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-47 Entek IRD International 6.052 Cmo se pueden aproximar las frecuencias naturales para rotores colgados y mquinas con cargas soportadas entre cojinetes: A continuacin se muestra la ecuacin 6.05B que se aplica para calcular la frecuencia natural para un sistema de Un solo grado de libertad, como los que se muestran en el cuadro 1: (frmula) f 60 K ..!! rg;" 2. JD Donde: fn =Frecuencia Natural (CPM) gc= Constante de Gravedad =32.2 pies/sequndo" =386 pulg/seg2 (A NIVEL DEL MAR) K =Rigidez (Iibras/pulg) m =masa (libras! - sequndovpulqadas) = Peso/qc f1. =Deflexin (pulgadas) El cuadro 6.05A da frmulas para aproximar a una frecuencia natural para rotores soportados en vigas, con soporte simple o colgados. En el caso de los rotores con soporte simple, la carga aplicada (Wm) puede actuar ya sea en el centro de este trayecto de flecha (Caso B) o en cualquier punto a lo largo de la flecha entre los cojinetes (Caso C). CASO DIAGRAMA FRMULA pARA f n-.. WB w.. In= 324.96 J El "Ve (Vi.. + 024 W" 1 ,L L W.. B. i fn =:i 1302 .1 El L (W.. + 0.49 Wa>l--w:---l 3 '-- w.. C. f,,=324.96 .,' aL aibiw 1- L ./ 1'" w D. --a;j" Ell. -- 'n= =".::IQ ----- 11r iLW ML I 1 fn = Frecuencia Natural (CPM) E = Mdulo de elasticidad de la viga o del material de la flecha (libras/pulq") I = Momento principal de inercia de la seccin de la viga (pulqadas") WM =Carga aplicada (libras) Ws=Peso de la viga o de la flecha (libras) L = Longitud de la viga o de la flecha (pulgadas) a, b =Dimensiones como se muestran (pulgadas) TABLA 6.05 A FRMULAS DE FRECUENCIA NATURAL PARA ROTORES COLGADOS, VIGAS Y FLECHAS MONTADAS ENTRE COJINETES. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-48 Entek IRD International En los seminarios de capacitacin, el autor se ha dado cuenta que con frecuencia no se entienden las frmulas con claridad si se presentan sin ejemplos. Por lo tanto, a continuacin se dan varios ejemplos aplicando las frmulas anteriores y mostrando cmo se pueden utilizar para calcular la frecuencia natural: '---' Ejemplo 1- Uso de las Frmulas de la Frecuencia Natural de la Viga: "" - 1o lb c=.- ---r !fZ?Za.50" APOYO. --_ --1 1.50" iJ-Sl.F'PORT --Dado que: Viga Rectangular de Acero (E = 29,600,000 libras/pulqadas"), porcin flotante de 12 pulgadas, 1.50 de ancho por .50 de profundidad; Carga Aplicada 0fVrJ de 10 libras en el Extremo. IParte A Qu es una frecuencia natural de sistema si el peso del balancn no se incluye? Momento de lnercia 1, para una viga rectangular, I _ .bbs (1.S0) (.50)3 (frmula) 12 12 . 015'3 De la Tabla6.05A, Caso A (pero no incluyendo el peso de balancn Ws): . f -324 It -32 9' (29,600,000)(.01563)(formulas). JV. L3 (10) (12P (no incluyendo el peso de la viga) I1ft = 1681 CPM = 28.0 HZf IParte B- Qu es una frecuencia natural s se incluye el peso del balancn? Viga Wt= Densidad X Volumen (.283 libras/pulqada') [(12)(1.50)(.50)pulgada3] Peso de la Viga = libras (12" de largo, 1.5" de ancho, .5" de profundidad) Ahora incluyendo el peso del balancn 0fVs) y usando la frmula de la Tabla 6.05 A, Caso A: . BI (29,600,000) (,01563)(formulas) f .. - 32 96 3 - ::-24.96 J (4) (2 541)]L (ri. + O" 24.,,> (12) [10 + 0.2 (3.0% menor al incluir el Peso de la Viga) I1ft =1632 CPM =27.2 Hz Copyright 1993 Technical Associates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-49 La parte S del ejemplo 1 muestra que cuando se incluye el peso de la viga, la frecuencia natural cay un 3%, de 1681 a 1632 CPM. Por lo tanto, en este caso, incluir el peso de la viga provoca slo una ligera diferencia. Parte C- Qu sucede con la deflexin de la viga si no se toma en cuenta su peso? De la ecuacin 6.05 S, 60 rg; (frmula) Resolver la ecuacin 6.05C para Deflexin A 3600gc (frmula) a Sustituir: ,. {3600H3862 la I(2n X 1681)' .0125 iD - 12.5 mila (sin tomar en cuenta el peso del balancn) NOTA: Si se incluye el peso del balancn, pulgadas =13.2 mils (incluyendo el peso de la viga) Verificar la respuesta C con la frmula de deflexin de la Viga. (sin tomar en cuenta el peso de la viga): (frmula) , PI}3EI , = (lO) (12)3 .0125 iD (Ol) pulgadas (3)(29,600,000)(.0156) De igual manera, las frecuencias naturales pueden aproximarse para mquinas que tengan flechas montadas entre cojinetes o para aqullas con rotores colgados utilizando las frmulas que se encuentran en la Tabla 6.05 A. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-50 6.06 AFLOJAMIENTO MECt'lIICO Muchos textos y seminarios de hoy en da simplemente se refieren a un trmino general denominado" Aflojamiento mecnico", mencionando tambin que ste se puede detectar por medio de una alta vibracin a 2X RPM o por medio de mltiples armnicas de velocidad de operacin. Sin embargo, Technical Associates realiz un estudio de toda la literatura disponible acerca de este tema, y tambin hizo una revisin de numerosos casos histricos. Dicho estudio revel que existen por lo menos tres tipos diferentes de aflojamiento mecnico, y cada uno tiene sus propias caractersticas de espectros de vibracin y comportamiento de fase de vibracin. A continuacin se comentaran tales caractersticas: 6.061 Tipo A - Aflojamiento en el Marco Estructural/Base (principalmente 1X RPM); 6.062 Tipo B - Aflojamiento originado por movimiento oscilatorio o por Estructura/Pedestal Agrietado del cojinete (principalmente 2X RPM); 6.063 Tipo e -Cojinete Aflojado en la carcaza o Ajuste inadecuado entre las partes componentes(armnicas mltiples debido a la falta de linealidad inducida generalmente por eventos de impulso) Uno de los hechos importantes relativo a todos los tipos de aflojamiento mecnico, es que ste, por s solo, no es causa de vibracin. El aflojamiento es ms bien una reaccin a otros problemas presentes, como el desequilibrio, desalineacin, excentricidad, problemas de cojinete, etc. Cuando estos problemas se resuelven, muchos de los sntomas desaparecen y, por lo tanto, el aflojamiento tambin. Sin embargo, el problema es que diminutas cantidades de desalineacin o desequilbrio pueden causar vibracin si existe una condicin de aflojamiento, misma que agrava la situacin. As, el aflojamiento mecnico permite mucha ms vibracin de la que ocurrira debido a otros problemas individuales. Cuando se resuelven estos problemas, desaparecern los sntomas originados por aflojamiento. Sin embargo, esto es virtualmente imposible porque para lograrlo se requiere de niveles extraordinarios de precisin de alineacin o balanceo. Por lo tanto, en estos casos, la condicin de aflojamiento tendr que resolverse primero. Despus, si la vibracin restante es todava alta, se pueden llevar a cabo otras acciones, como alineacin o balanceo, pero ahora ser mucho ms sencillo que antes que se resolvieran las condiciones de aflojamiento. A continuacin se presentan comentarios de los tres tipos de aflojamiento ya mencionados: 6.061 Tipo A - Aflojamiento en el Marco Estructural/Base (principalmente 1X RPM): Este tipo de aflojamiento incluye los siguientes problemas: Aflojamiento estructural/debilidad en las patas de la mquina, placa de base y base de concreto; Lechada deteriorada o desmoronada; Distorsin del marco o base (base suave); Pernos invertidos aflojados. Con frecuencia, los problemas de aflojamiento tipo A son mal diagnosticados como problemas de desequilibrio o mala alineacin debido a que tienen espectros de vibracin casi idnticos. Por lo tanto, es importante ver ms all de los espectros de vibracin y comparar las amplitudes relativas entre direcciones; observe detenidamente el comportamiento de fase que surge de problemas tales como desequilibrio; y examine otras caractersticas que se mencionan a continuacin: 1. Los espectros del aflojamiento tipo A estn dominados por alta vibracin a 1X RPM y su apariencia es idntica a una condicin de rotor mal alineado o excntrico. La figura 6.06 A muestra a un espectro ilustrando este tipo de firma. Copyright 1993Teehnieal AssoeiatesOf Charlotte, Ine. EntekIRD International 6-51 2. Con frecuencia la vibracin est exclusivamente confinada a un solo rotor (es decir, el componente impulsor o impulsado, o la caja de engranes solamente). Esto es diferente al desequilibrio o desalineacin, en los que los niveles bastante altos de vibracin originados por otros problemas no estn confinados a slo uno de los rotores. 3. Pueden ocurrir dos tipos diferentes de comportamiento de fase en el aflojamiento tipo A: a. Cuando se comparan la fase vertical y horizontal en cada una de las carcazas de los cojinetes, la vibracin a veces es altamente direccional con diferencias de fase de 0o 180, dependiendo si la lectura se tom o no en un lado o en otro (una diferencia de fase de 0o 180quiere decir que el movimiento est directamente arriba y abajo o de lado a lado).Esto normalmente no ocurre con un desequilibrio simple en el que la fase horizontal y vertical difiere por lo general en 90 aproximadamente (300). b. Cuando ocurre este primer comportamiento de fase (diferencia de fase de 0 180en horizontal y vertical), el analista no debe confinar sus mediciones a las carcazas de los cojinetes, sino continuar hacia la base de la mquina, la placa de base, la base de concreto y el piso en los alrededores. Esto se ilustra en la figura 6.06B. Aqu, la las mediciones comparativas de amplitud y de fase mostrarn una amplitud y fase relativamente idnticas a 1X RPM en cada ubicacin. Q.!L existir una gran diferencia en amplitud y fase, se estar sugiriendo movimiento relativo. Utilizando el punto donde ocurre este gran cambio de fase, se puede localizar dnde existe el problema. Por ejemplo, las mediciones en la figura 6.06 B muestran un problema entre la placa de base y la base de concreto, indicado por la gran diferencia en la fase (note el desfasa miento de 180con otras dos mediciones). Esto indica aflojamiento estructural/debilidad lo que permite un movimiento relativo en los componentes de la mquina, el cual puede deberse a un problema con la lechada entre la placa de base y la base de concreto; o tal vez a cimientos agrietados, etc. Por otro lado, si ocurriera una gran diferencia de fase entre la base de la mquina y la placa de base, '-_.-'/ esto podra sugerir aflojamiento del perno de montaje y/o roscas del perno de montaje posiblemente rayadas. Cada una de estas dos condiciones pueden causar mucha vibracin a 1X RPM como la que se muestra en la figura 6.06 A en los componentes de la mquina en donde esto ocurre, particularmente en la carcaza del cojinete que est directamente sobre la ubicacin de la base. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-52 Entek IRD International --__IIoOIat ( 11I_I",i. h ..iC'ftl'lo ,:',1' 'f' l.lS ;; . 1'...1..,Slo!! ':':.- ': ..a:J...:t ... . ..... ,; " 'lf l '= ZI tc2 _.. 1'"JIIS W _1"11 '"" lIooIrsl. __ '42_.'1Il I ,h. U "'b 1111 ""'1"" "g ""'1 .... .... c.M .H:! o 1.:t1 e. -.1_"" fl. -'w..,...-"" .$ U;Ot .142 tl9-2HI 11IOJ... u-tt41 9I4t "110 I.JI o uun ."1 '.. OS-25-* 1%:46 .(0) =- 1-.!.;]l:=Attt' ... lO ...." 4 UI 1L1'lIl' - '.31A-:::=' ..r/ "".i /. . l : r: t t m m m m m, i .e...... It .....s.. i , s..u.n !"N"t." 101, __,,'" IJ .... ...,...-..,.."......,.., ft1&n.JlO TAo 1'4_ W-W.-..,. . 1.ft:nw _,"-:1 . 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En este caso, si estos pernos se aflojan, causarn una alta vibracin en la direccin axial a 1X RPM que se parecer mucho a un problema de mala alineacin .. Sin embargo, el slo apretar los pernos reducir mucho a la vibracin. FIGURA 6.06e EFECTO DE UN PERNO SUELTO EN LA CARCAZA DE COJINETE EXTERNA DE LA BOMBA 5. La distorsin inducida ya sea por una base suave o una presin en la tubera, muestra otra situacin que resultara en firmas de vibracin alta a 1X RPM Y que parecera ser desequilibrio. Sin embargo, cuando en estos casos se toman las lecturas de fase, stas mostrarn vibracin altamente direccional con la diferencia en las fases horizontal y vertical, acercndose a 0 180 (300) en lugar de a 90 como pasara en el caso del desequilibrio simple. Si el problema fuera distorsin en lugar de aflojamiento, las mediciones de amplitud y fase mostraran a la base de la mquina, la placa de base y a la base de concreto vibrando bastante en la misma direccin (lecturas iguales de fase). Sin embargo, pueden mostrar que la amplitud en cualquiera de los dos pernos de la base es mucho ms alta que aquella en cualquiera de los otros tres pernos; o, por ejemplo, que la base delantera derecha o la base trasera izquierda son significativamente ms altas que las bases delantera izquierda y trasera derecha. En este segundo caso, el motor estar vibrando diagonalmente. Grandes diferencias de amplitud en los pernos de estas bases sugerirn que se tiene que corregir la base floja para reducir los altos niveles de vibracin. (De hecho, el analista puede averiguar que si afloja ligeramente uno de los pernos que sufren de alta vibracin, ver una vibracin ms baja que antes). Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-54 Entek IRD International 6.062 Aflojamiento originado por movimiento oscilatorio o estructura/pedestal de cojinete agrietado (2X RPM): '---' El "sntoma de aflojamiento" 2X RPM mencionado en muchos textos de vibracin, parece slo ocurrir en los siguientes problemas de aflojamiento: Grietas en la estructura o pedestal del cojinete; Movimiento oscilatorio a veces inducido por patas de soporte de diferente longitud; En ocasiones, en algunos pernos sueltos de carcazas de cojinete, Cuando un cojinete suelto o un problema de ajuste inadecuado de componente son de severidad menor (No Eventos de Impulso o de Impacto) La figura 6.06 es de un espectro que presenta tpicamente estos problemas, los cuales tienen las siguientes caractersticas: 1. Generalmente, estos problemas se sugieren cuando la amplitud a 2X RPM excede en cerca del 50% a aquella a 1X RPM en la direccin radial. 2. Las amplitudes son un tanto errticas 3. Si las lecturas de fase se toman con una luz de sonda, con frecuencia mostrar 2 marcas de referencia que son un tanto errticas. 4. Estos sntomas de aflojamiento normalmente no ocurrirn a menos que haya otra fuerza excitante como al desequilibrio o la mala alineacin. Sin embargo, si existe esta condicin de aflojamiento va a ser muy dificil balancear o alinear a la unidad de manera suficiente tal que pueda bajar la vibracin final. 5. Si el problema de aflojamiento es un cojinete suelto en la carcaza o un componente suelto en la flecha, la vibracin permanecer a 1X y 2X RPM hasta que empeore, permitiendo un evento de impulso o de impacto. Cuando esto ocurre, los impulsos causan que la forma de onda de tiempo sea no lineal, lo que empezar a excitar a muchas armnicas para avanzar as a al aflojamiento tipo C. 6.063Cojinete Suelto en Carcaza o Ajuste inadecuado entre los componentes (Armnicas mltiples causadas por la falta de linealidad inducida generalmente por eventos de impulso): Cada uno de los siguientes problemas ocurre ert el Aflojamiento tipo C: Cojinete suelto en la carcaza; Excesivos espacios libres internos en el cojinete; Alineador del cojinete suelto en su tapa; Rotor suelto; Cojinete suelto y girando en la flecha. De la figura 6.06E a la 6.06G, se muestran espectros tpicos indicando el aflojamiento tipo C. Note la presencia de mltiples armnicas de velocidad de carrera en ambos espectros. Tambin note que en la figura 6.06G una de las armnicas de velocidad de carrera est cerca de la frecuencia natural, causando una respuesta resonante en esta frecuencia (si se resuelve la condicin de aflojamiento, tambin es muy probable que se resolver la condicin de resonancia.). El tipo e es el problema ms comn de aflojamiento mecnico y tiene las siguientes caractersticas: Copyright 1993 Technical Associates Of Charlotte, Inc. Entek IRD International 6-55 CASO VI Este caso se dio en nuestro compresor de refrigeracin K-1 en la planta Alkylation. La turbina y el compresor funcionaban a una RPM de entre 2,700-3, 100 requiriendo de 6,000 HP. En esta firma (Figura 13), hay una frecuencia de velocidad de operacin dos veces ms alta que se presenta en el interior de la turbina. Se sospech, en este caso, que la vibracin era causada por un problema de aflojamiento entre el cojinete y su carcaza. Se encontr que las tuercas de la carcaza del cojinete estaban ligeramente sueltas y se ajustaron. La firma tambin muestra que el nivel baj de manera importante despus de ajustar la carcaza; an puede que se presente un ligero problema de mala alineacin. Las firmas de vibracin del cojinete de la turbina lB muestran el nivel ms alto a dos veces la velocidad de operacin. La firma inferior es la que exista antes de ajustar la tapa del cojinete; la firma superior es despus de ajustarlo. RESULTADOS DE AP.RETAR 1ie .."!II...... IC-. _11 A!oIC'W' DEV.UEL1'A LOS PERNOS DE ..eCi\Tla... LA TAPA DEL CO.lINETE .'I! It .JI!a ".fI!I:-' D"'T.....'.".l!l. e -

.. -. 11271.2 DE APRETAR'I;OS.PERNoS J)E .J;A TAPA DEI,. CO.lINIlT!I!1/.. D.E VUEI,.TA .. .!I .! "11'" '" .!i ..... ... - .,".-: ..":.".4Z -O .. . ... '. s - ! 1,2.,.2 ANTES DE APRETAR LOS PERNOS J)ELATAPA DEL CO.lINET\11..D .. ! . L.". 1lI:l. .1.....l!l:i '" L lE ",'e .... FIGURA 6.060 EJEMPLO DE AFLOJAMIENTO DE LOS PERNOS OCURRIENDO A 2X RPM (Ref. 19) Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-56 - 1. __1. En este espectro se presentan con claridad mltiples armnicas de velocidad de operacin de hasta 10X RPM o inclusive de 20X RPM. Estas armnicas son el resultado de los impulsos y cortes (limitar) '-en la respuesta de la mquina. Este evento de impulso provoca una falta de linealidad en la forma de onda de tiempo. Cuando esto ocurre, aparecen mltiples armnicas en el espectro resultante FFT (ver figura 6.06E). 2. Este aflojamiento tiende a producir vibracin direccional que es diferente al desequilibrio. Normalmente ser la ms alta en la direccin y cercana del problema de aflojamiento. Por ejemplo, esto puede mostrar que la vibracin ms alta no es ni horizontal ni vertical, sino algo intermedio entre las dos. 3. Si la amplitud de las armnicas se vuelve importante, esto tambin puede generar frecuencias espaciadas a RPM por 1/2, (esto es, .SOX, 1.S0X, 2.S0X, etc.) o a veces a RPM por 1/3. 4. Se advierte al analista que las amplitudes a estas "armnicas" a RPM por 1/2 pueden parecer engaosamente bajas cuando se comparan con aqulla a 1X RPM Y con armnicas de velocidad de operacin. Sin embargo, se debe recordar que ningn intervalo de pico a RPM por 1/2 debe estar presente bajo ninguna circunstancia. Si los picos son evidentes, entonces estarn indicando un problema de aflojamiento ms avanzado (o. tal vez la presencia de frotamiento). 5. Las "armnicas" a RPM por 'Y:z por lo general estn acompaadas por otras fuentes de problema tales como desequilibrio y mala alineacin. 6. Las mediciones de fase de los problemas de aflojamiento tipo C son normalmente algo errticas, pero pueden alcanzar diferencias de 00 a 1800 entre las direcciones horizontal y vertical si la vibracin en s se vuelve altamente direccional. Por lo general acta en una direccin radial, pero puede ocurrir en la axial, dependiendo del tipo exacto de aflojamiento. . "---7. En el caso de un rotor suelto, como por ejemplo un impulsor de bomba suelto, la fase variar de un encendido a otro. La amplitud puede estar estable en un una carrera dada, pero es muy probable que vare de encendido a encendido. Es imposible balancear un rotor suelto como ste, ya que el punto pesado cambia de direccin en forma constante. Este cambio en amplitud y fase es probablemente causado por cambios en el centro de gravedad. 8. PRECAUCiN: Los espectros de vibracin que parecen ser slo un aflojamiento de tipo C (muchas armnicas a 1X RPM) pueden indicar, de hecho, un problema de mayor severidad - como un cojinete suelto y girando en la flecha. ste puede ser el caso si una amplitud a 1X RPM Y sus armnicas son suficientemente bajas en el orden de .05 pulg/seg o menos. En estas situaciones, el giro del cojinete en la flecha puede causar un gran dao y remover material del dimetro de la flecha. En estos casos, lo anterior puede causar una falla catastrfica de la mquina cuando el cojinete finalmente se atasca, y esto puede suceder sin siquiera generar frecuencias de defecto de cojinete. La figura 6.06E es un ejemplo de una falla catastrfica de esta ndole, en donde ms de .25 pulgada del dimetro de la flecha fue removido de una flecha de 3.50 pulgadas antes de que el cojinete se atascara. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, /ne. Entek IRD International 6-57 !i"0.... "1 ror,-rSlE'=3IIH1.SrCCLn-S200j. -. IN/S Q-P CPM ANTES DE FEEMPLAZAR EL COJINETE 13.5E-3 1140.0-= 2:1: r --f.. ,..k,/ "",J.--l 1710.0u 21.2E--3 3390. O 32.2E-3 3959. 9 44.4E-3 4530 .0 19.3E-3 22.5E-3 5670 . O 'DI' 25.8E-3 6240.0 ..11'" S.37E-3 6810. O lar 15.5E-S 7350 . O "'I" PEAK PICKON TRACE! {:lA) 20. SE- 3 7920.0 INGS . 7 . OBE-3 8490. O ... ,.,. , DLaI\ . . _ 2:S 3E-'3 9060 .0 - ,.",..BPFI-: 6.338 .l RFtf . S1S7 . ... .. BPFO- 4.662 1 RPH 34. BE--3 9630 . O" ,.,,. BSF :. 3.2,05 .1 iPM 48. 3E--3 1O200 ." '.1" FTF '" 0.424 1 RI!l 7.08E-3 10320. PUNTO 2 A EN EL MOTOR 14 .SE-3 10410. TODOS LOS PICOS IMPORTANTE$ 83 OE 3 SON ARMNICAS DE LA VELOCIDAD ... -10769.- '1" DE OPERACiN . 7 . 73E-3 109'19. . 11.6E.-3 11100. SE INDICA AFLOJAMIENTO MECANICog ;OtE-3 11159. I",U,4 """'IN IUlNI! OESPU"S OE REEMPLAZAR LAFLeCHAOELMOTOR YLOSCOJINETES .. _-a.M I ... ........ ... .. .. ....Wi:'."!!5 . -; : : J':I ;: R i I i LLl;..... u.' 1, :a..--=.,. .....- 002e- x 0 ..2:.000. 0.00406. l 11: ...: _ ...... DDtu '--_./ NOTA: LAMAYORIA DE LAS ARWNICAS A1X RPM HAN SIDO ELIMINADAS POR COMPLETO st7"..OO:IIaU. i .10'DI" .",1. i' UQ U'U .1"'" 1 " _ IlIIpll_uo. O.:U . 'IODO U.U O.03OS0 0.. '0'"lOO l." ,.,.1' 0._'':lOO' n 0"2701 0"'SI"D 10,:,:51. O,.OlAM'lilSOI la:'; 52 o.'ocoo 101.0 l'"U. 0 4"lnoo 32,." 0.0""l'SOO 51.n D.'OU'U,OO. 2s, n 0.04'.' l!l1DO OOSIO 15100 a.... l:t' w...ll1DD 29.10 O.""U0.01....115'0 lO'." aeu.o ".IM. O.ONU ''''0 O..O"U 2!1'SO ".2' 0.00'.'0.0._;'12100 23100 41.27 0"_": r - .......... Q - FIGURA 6.06E ANTES Y DESPUS DE REEMPLAZAR UN COJINETE DE MOTOR DE CD MISMO QUE ESTABA GIRANDO EN LA FLECHAY CAUS FALLA CATASTRFICA Copyrighl1993 Technieal Assoeiales Of Charlotle, Ine. 6-58 Entek IRD International l"Il)chioe HD.flI"UI'IF' :-requene,. 1':1:0' .Al..' "'1 ,, r RPH ji'. . 'FTF ( lo 1. 2) 'V RP.'UAproximacron = 2' - .N. r . .;&3 Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-86 Entek IRD International FIGURA 6.09F FRECUENCIAS DE DEFECTO DE COJINETES DE ELEMENTO RODANTE Estas ecuaciones consideran que la pista interna est rotando con la flecha mientras que la pista externa est fija (estacionaria): _ Nb.{l+ B.d COS 6\VRPHPISTA INTERNA = BPFI -2 : r N1>( BrJ 1 .- .PISTA EXTERNA =BPFO = 2' 1 ... PJ ros eX RPM -NbX FTF BOLA (O RODILLO) =BSF = Sd CO$ ej.al..,. RPM 2B" P" r CAJA = FTF = ;(1- efRPH -.35 -.4SX RPH NOTA: Si la pista interna est fija (estacionaria) mientras que la pista externa est rotando con la flecha, se debe cambiar el signo de menos por el signo de ms, dentro del parntesis tanto de la Ecuacin de Frecuencias de Giro de Bola (3) como en la Ecuacin de Frecuencias de Caja (4). En este caso, Nb X FTF ahora ser igual a BPFI en lugar de BPFO, y FTF " .55 - .65X RPM. (NOTE QUE BPFI + BPFO = Nb) donde: Nb = Nmero de Bolas o Rodillos Bd = Dimetro de Bola o Rodillo (pulgadas o mm) Pd = Dimetro Medio del Cojinete (pulgadas o mm) O = ngulo de Contacto (grados)_ APROXIMACIONES (Si se desconocen las Dimensiones del Cojinete, pero se conoce el # de Bolas o Rodillos) (Referencia 3): Aproximacin BPFI = + 1.2)x RPM Aproximacin BPFO = -1.2)x RPH Aproximacin BSF =; _1;;)x RPH Aproximacin FTF = (i - l:)x RPN Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-86 Entek IRD International . . \ v-COJINETES CON RODILLOS CiLNDRICOS DE FILA NICA / 1 ;-'-' .v ) y -' Nmero d .. fl:! .: ' . '}3Pr{) EPF .nF .sszmilCoj:iIlet... 12.256 .1.516 ... . '7.01 .41 2.8? 2.B9N20? ..... . 2.99 2.92 N209' 317 . 3.70N210Nan 15 .433 3.051 '.0' . 6.4' '8.56.43 .3 .. 4;!:212 16' } ..l;.76 O 6.9.2 9.08 .43 . 3.61 .3.49r;;213 . N2i4.. .. J:ag . 3.68 nas 17 .' . ' ..5514.035..0 ''7.34 . 9.Ei5 3.59 16 . .43 3.60N21G N2.1716620 46Z6< .'0 690-90843 3.60 N218 .. . . 3.40 "'.l..!'U21'" N220 "N2ZZ' 3.41 332 N224 ,3.68NZ28' 2.3.2N305 2.4;;N30G 2.51. .: JI307 2.62N308 . 2.49):3C92.57N310 N312 .. 2.48'.."j N ...... 12 . .709< 3.740 .(). 4.85. 7.10.41 2.54 2.60la .748 '4.035> o .A.a? 7.08 .41;313 2.66la .787' 4.330 .0 .. 4.. 89 '.0Gb. .41 2.57N31S' N;14 f . 2;.75N3!6 2.67J2 .945s.a6 .: 0 4.a9 '.'7.06 . 41N3:t? 2.74N319< ... .2.68 N318 .... 2.71 2.661;;3212.64 .... "05.72. '8.2,7.41N52z EJEMPLQ: ....... ........ ..... .... .... .' . ...... . . . .......... . Paral.cojinetSKF.N220,. BPFI.=9;13X.RPM(Pistaintetha) .. BPFO =&.86X RPM(Pista externa) B5f=3.43 XRPM(Elemehtos rodantes FTF=.43XRPM(FrecuEmcia de caja) FIGURA 6.09G TABULACiN EJEMPLO DE LAS FRECUENCIAS DE DEFECTO DE LOS COJINETES DE ELEMENTO RODANTE (REFERENCIA 2) Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-87 4. Descripcin de Cmo se Generan las Frecuencias de Defecto dentro de los Cojinetes de Elemento Rodante. La Figura 6.09F proporciona las frmulas necesarias para calcular las cuatro frecuencias de defecto para cada cojinete de elemento rodante (BPFI, BPFO, BSF y FTF). La Figura 6.09H ilustra la manera en la que se generan las frecuencias de defecto dentro de los cojinetes. Por ejemplo, si existe un defecto en la pista externa, en la parte inferior del cojinete dentro de la zona de carga, tal como se muestra en la Figura 6.09H, note que ocurre un impulso en la onda de tiempo a cada vez que un elemento rodante pasa por e impacta a este defecto. Por otra parte, si la pista interna tuviera un defecto, ocurrira un impulso en el dominio de tiempo al momento en que la pista interna rota pasando cada elemento rodante (bajo la suposicin de que la pista interna est sujeta a la flecha). Un hecho importante que se muestra en la Figura 6.09H es que la cantidad de respuesta de los elementos rodantes que se topan con el defecto en la pista interna, depender de la posicin de la pista interna en el instante particular en el que ocurra el impacto (es decir, si el defecto en la pista interna est posicionado dentro de la zona de carga, tendr una mayor respuesta que si el impacto hubiera ocurrido dentro del mismo defecto en la pista interna posicionada a 1800 de distancia, claramente fuera de la zona de carga). Esto explica por qu las frecuencias de defectos en la pista interna estn rodeados por las bandas laterales espaciadas a 1 X RPM debido a que su amplitud est modulada a la proporcin de uno por revolucin, tal como se muestra en la Figura 6.09H. Por otra parte, debido a que la pista externa no rota en esta instancia, la respuesta de amplitud en el dominio de tiempo debe permanecer casi constante. Por lo que, las bandas laterales a 1 X RPM alrededor de las frecuencias de la pista externa (BPFO), son mucho ms serias que las que rodean la frecuencia de pista interna (BPFI), una vez ms bajo la suposicin de qye la pista interna est sujeta a la flecha (si la pista interna es estacionaria mientras que la pista externa est rotando, ocurrir lo inverso con respecto a las bandas laterales). La presencia de las bandas laterales a 1 X RPM rodeando las frecuencias de las pistas externas (BPFO), normalmente significa que el problema es lo suficientemente serio como para ocasionar que el cojinete impida, de hecho, el movimiento de la flecha. Tal como se mostrar en la Seccin 6.093, cuando la frecuencia de pista interna (BPFI) se ve rodeada de varias "familias" de bandas laterales a 1 X RPM, esto puede indicar, de igual manera, un problema ms serio. FRECUENCIAS PE REPETICiN DEL COJINETE ."" \\!"; '. v-\ ;\'.} 1 .A. \ /1: DEFECTO EN LA DEFECTO EN UN PISTA INTERNA ' .' '.- .ELEMENTORODANTE . .. LA"-J', .LYO-. PiSTA INTERIOR ZONA DE CARGA DEL COJINETE eteete de:l.anlllo Inter10r Defec10delrO(lamlen1:oDefecto del anillo exterior NOTELAS BANDAS _ ::1;. .LATE.RALUA..'KRPM. BSl"I 'T__i . 1 u,tClUUTIl'AU1t 1 I t Ll: ; 1 11 ;' __ ? free. 11Bl'FO-----.. 11WFl; k A. --A. A A. V FIGURA 6.09H ILUSTRACiN DE CMO SE GENERAN LAS FRECUENCIAS DE DEFECTO EN LOS COJINETES DE ELEMENTO RODANTE Copyright 1993 Technieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-88 5. Amplitudes Relativas de las Pistas Interna y Externa: Normalmente, la amplitud de la frecuencia de la pista externa es mayor que la frecuencia de la pista interna. Esto se debe probablemente al hecho de que el transductor, en s, est mucho ms cercano a la pista externa (ver Figura 6.09A). Adems, la seal de vibracin de la frecuencia de la pista interna (o armnicas) debe pasar a travs de ms interfaces, incluyendo los elementos rodantes en constante rotacin en su ruta hacia el transductor de vibracin. 6. Orden Comn de Aparicin por Frecuencias de Defecto: Por lo general, los defectos aparecern en las pistas antes de que el problema se propague hacia los elementos rodantes y caja. Por lo que, las frecuencias de las pistas interna y externa se establecen normalmente antes de que aparezca la frecuencia de giro de bola. Despus, la frecuencia de caja puede aparecer normalmente ya sea como una frecuencia fundamental o de banda lateral, a otra frecuencia. De igual forma, la frecuencia de giro de bola aparecer algunas veces como una banda lateral por arriba o debajo de una frecuencia de defecto en la pista interna o externa. 7. Lugar en el que aparecen por lo general las Frecuencias de Caja: A pesar de que se piensa que los problemas en cojinetes de elemento rodante son problemas de altas frecuencias, las frecuencias fundamentales de caja siempre sern subsncronas, en un rango aproximado de .33X RPM hasta .48X RPM, con la mayora de los casos estando entre los valores de .35X RPM y .45X RPM. Sin embargo, la frecuencia de caja no aparecer por lo general en su frecuencia fundamental. Por el contrario, aparecer a menudo como una banda lateral alrededor de la frecuencia de giro de bola (BSF), o alrededor de una de las frecuencias de pista (BPFO o BPFI) con la frecuencia de diferencia de banda lateral igual a la frecuencia de caja (FTF). Por ejemplo, vea la Figura 6.091 que muestra una frecuencia de pista externa (BPFO) a 10,260 CPM (5.78X RPM) con bandas laterales de frecuencia de caja (FTF) espaciadas a 720 CPM (velocidad de operacin de .41 X que tiene un valor de 1775 RPM). Esta es la manera en la que la frecuencia de caja aparecer en la mayora de los casos. 8. Frecuencias Generadas por Fallas en las Bolas o Rodillos: Cuando ocurren defectos en los elementos rodantes en s, por lo regular generarn una frecuencia no slo en la frecuencia de giro de bola (BSF), sino tambin en la frecuencia de caja (FTF, tambin conocida como frecuencia fundamental de la secuencia). 9. La Frecuencia de Giro de Bola puede aparecer si la Caja est rota: La presencia de una frecuencia de giro de bola no siempre significa que exista necesariamente un defecto en los elementos rodantes. Sin embargo, s significa que existe un problema. En este caso, puede indicar que la caja est rota en un remache y si las bolas estn empujando fuerte contra la caja (ver Referencia 2). 10. Frecuencia Generada si Ms de Un Elemento Rodante presenta Fallas: Si ms de un elemento rodante tiene defectos, se generar una frecuencia igual al nmero de bolas que tienen defectos multiplicada por la frecuencia de giro de bola. En otras palabras, si se presentan defectos en 5 bolas o rodillos, lo ms probable es que aparezca una frecuencia a 5X en la Frecuencia de Giro de Bola. r. 't:1'!'; Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Cf1arlotte, Ine. Entek IRD International 6-89 o" __ 0"& " ... o 0 0 O. ". O & ,., ,o . .. . . .. . . , . . . . . . . . . . . . . . ... . . . ;) BADAS LA'J.'ERALESDELA FllECUENCn- : : : DE CAJ1>. LA . OPFO=:5.e.18X UfOA : .. " U' . . . CIl ... ... :... :... :... :.. ,Z" f:;l' . . . -SI : . . . : t:. : . '. . : . .. . : . o : o o :.... el 11 : .. , . , . .. , .. .. .: ... el , :z Q . el UJlL . . . " 0. o . .'. o .. o .. ..... : o . . . . :. , . :... :.. ,': . . . : '. : : . .Ri>l-% . EN FilEcm;NCIAS .. o o o ...' '. '. ... : : : : : :: : . . ' ..... . j .!, ......w.,.. ' ., 72X x RPtl: 17'r.S C&lI"SOI" F.1"t!C(1UIIlC'J: 002% x 0.500 = x RPM: Machine 4-2 CRY CON Fr:equency 180 1080 6840 7200 8640 954.0 10260 10980 l1B80 13860 14580 21600 61920 63720 65160 65520 66420 P}(P 1 x RPM 0.10 0.61 3.85 4.06 4.87 5.37 5.78 6.19 6.69 7.81 8.Z1 34.88 35.90 36.71 36.91 37.42 POS Dir Units 2 V IN/S "Amplitude Frequency0.0225 67140 0.0100 67860 0.0100 69120 0.0125 70920 0.01S0 0.0475- -FT...(..... )t) 0.0625- SPFO 0.0325"- :+f'Tf ( . 4 1ll.) 0.0125 0.0100 0.0100 0.0100 0.0350 0.0150 0.0150 0.0350 . FIGURA 6.091 4., .....u COIC -.. -. '-A. nv2\1 nvs Aug 23 13:2:i i tlUte : e .8G2:5 1775.00 Date Aug23 1990 13: 25 1 x RPM Amplitude 37.83 0.0125 38.23 0.0125 38.94 0.0100 39.95 0.0425 MANERA EN QUE LA FRECUENCIA DE CAJA (FTF) APARECE MS A MENUDO DENTRO DEL ESPECTRO DE VIBRACiN Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-90 11. Vibracin Permitida a Frecuencias de Defecto del Cojinete: Es muy difcil fijar niveles de severidad definidos para las frecuencias de defecto del cojinete de forma similar a lo que comnmente se hace con las amplitudes de desequilibrio a 1 X RPM. Primero, porque existe una variedad de cojinetes de elemento rodante para una variedad diferente de mquinas, y cada una puede proporcionar rutas diferentes para la seal de vibracin hacia el transductor. Sin embargo, uno puede trabajar bajo una condicin que se puede aplicar casi de forma uniforme a todos los tipos diferentes y combinaciones - la vibracin de desequilibrio permitida a 1 X RPM es mucho mayor que la permitida para la frecuencia de defecto de un cojinete de elemento rodante. Amplias investigaciones prueban que no existe una respuesta absoluta a las amplitudes de vibraciones permitidas en las frecuencias de defecto de los cojinetes. Esto no slo depende de la mquina en la que se instale el cojinete y de la velocidad de operacin, sino que tambin depende en gran parte en la ruta por la que viajar dicho escenario de defecto en el cojinete. En la Seccin 6.093 se identifica cada uno de los 6 escenarios de falla de cojinetes. Por ejemplo, en raras ocasiones, el autor ha presenciado en forma personal cojinetes que todava no presentan daos significativos, an con una amplitud de .30 pulgadas I segundo a un BPFO fundamental, cuando el dao se estaba concentrando en un lugar en particular dentro de la pista externa (tal como se describe en el Escenario B para las Fallas en Cojinetes, en la Seccin 6.093). Por otra parte, se ha descubierto que existe dao severo en otros cojinetes donde ninguna frecuencia de defecto tena una amplitud mayor de slo .03 pulgadas I segundo en maquinaria comn, tal como bombas y sopladores que operan a velocidades comunes tales como 1780 RPM. De hecho, se puede encontrar un dao muy severo en cojinetes de rodillos de secado de mquinas de papel que operan a menos de 100 RPM con amplitudes de frecuencias de cojinetes dentro del rango de slo .003 a .006 pulgadas I segundo. El punto clave para los dos ltimos escenarios con vibraciones bajas pero con daos severos en los cojinetes es que, en cada caso, no slo una frecuencia del cojinete estaba presente en el espectro; por el contrario, se encontraba un nmero de armnicas en la frecuencia del cojinete. (un "nmero de frecuencias del cojinete presentes" significa que, por ejemplo, se pueden presentar de forma simultnea armnicas ya sea de 3 a 5 BPFO o BPFI; o que 2 o ms armnicas de BPFO pueden estar presentes junto con 2 o ms armnicas de BPFI). Adems, investigaciones posteriores muestran que cuando estas armnicas de frecuencia de los cojinetes estaban rodeadas por frecuencias de bandas laterales espaciadas a 1 X RPM del cojinete problema, se indica un dao mayor (particularmente si estas bandas laterales a 1 X RPM rodean las armnicas BPFO, bajo la suposicin de que el cojinete est fijo a la flecha). Tambin se debe enfatizar el hecho de que estas bandas laterales pueden estar espaciadas a frecuencias en s del cojinete, en lugar de a 1 X RPM (ej., 4 5 armnicas pueden estar todas presentes, cada una con bandas laterales FTF o BSF por arriba o debajo de stas, lo que indicara un problema potencialmente serio). Por lo que, el punto ms importante para poder distinguir un desgaste importante en el cojinete, es la presencia de un sinnmero de armnicas de frecuencia de defectos del cojinete, partlcularmente si estn rodeadas por bandas laterales espaciadas a 1X RPM o bandas laterales espaciadas- a otras frecuencias de defecto del cojinete independientes de la amplitud. Si stas se presentan en un espectro, reemplace el cojinete lo antes posible. 12. Evaluacin de los Cojinetes en Maquinaria de Baja Velocidad (menor a 250 RPM):,.p''P La Referencia 9 seala que se deben tomar medidas especiales de precaucin al realizar las mediciones en maquinaria de baja velocidad. Los cojinetes de elemento rodante se han evaluado de forma exitosa a velocidades tan bajas como 1.5 RPM. Sin embargo, uno debe recordar particularmente las limitantes de las frecuencias bajas en, tanto en el analizador como en el transductor. Si se usa uno de los recolectores de datos por computadora tan populares hoy en da, se debe recordar que muchos de estos instrumentos estn provistos de filtros de paso-mayor que comienzan a filtrar las seales con valores menores a los rangos fijos para la frecuencia, a proporciones de aproximadamente 12 a 24 dB I octavo. Esta frecuencia de valor de corte puede estar cercana al valor OC (O Hz) en algunos recolectores de datos, pero puede ser de un valor tan alto como 8 Hz (480 CPM) en otros modelos. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-91 ----- ------ ----------Por lo que, en el ltimo caso, una mquina puede estar generando 1.00 pulgadas/segundo de vibracin a 240 RPM, pero el instrumento puede desplegar slo aproximadamente .25 pulgadas/segundo a esta '--/ frecuencia si tiene dicho filtro de paso alto. Obviamente, si uno intentara hacer mediciones a frecuencias menores a 120 CPM con este instrumento, el recolector de datos detectara y desplegara slo un pequeo porcentaje de este pico. Adems, si se quisiera integrar de forma sencilla o doble la seal de aceleracin a la velocidad o al desplazamiento, respectivamente, es probable que haya mayor supresin de la amplitud en el recolector de datos (tambin, es importante sealar que algunos recolectores de datos no integran las seales de aceleracin a la velocidad a frecuencias menores de aproximadamente 120 CPM; los datos a un valor menor a esta frecuencia de valor de corte queda sin integrarse). Adems del filtrado, la respuesta de baja frecuencia del analizador tambin se ve afectada por la condicin de su seal y por los componentes de entrada del circuito lo que tambin necesitan ser considerado. No slo se tiene que prestar atencin al analizador durante las mediciones de baja frecuencia, sino tambin se debe estar consciente de la respuesta de frecuencia del transductor ya sea ste un acelermetro, una captacin de velocidad o una sonda de proximidad. Tpicamente, los acelermetros de propsito general en uso hoy en da con recolectores de datos, permanecen sin cambios dentro del 5% entre aproximadamente 5 Hz y 10,000 Hz (300 - 600,000 CPM). Sin embargo, se pueden obtener aceler metros piezoelctricos ssmicos especiales que extendern esa respuesta plana del 5% a un valor tan bajo de hasta aproximadamente 0.1 Hz (6 CPM). Por lo general, estos transductores tendrn una sensibilidad excepcionalmente alta que vara de 1000 a 10,000 mV/g (en comparacin con slo un valor de 10 a 100 mV/g para el acelermetro estndar), y normalmente tendrn un peso mucho mayor, de 400 a 1000 gramos (en comparacin con slo 10 a 50 gramos para la unidad estndar). Por lo regular, tambin tendrn constantes de tiempo de descarga mucho ms largas de 20 segundos o ms (en comparacin con slo 0.5 segundos para los acelermetros estndar) y trabajarn de mejor manera al conectarse a analizadores que tienen impedancias de aproximadamente 1,000,000 ohms. Finalmente, el desempeo a baja frecuencia de estos transductores se puede mejorar an ms al conectarlos al suministro elctrico especial y al equipo de acondicionamiento de seales. Adems de las limitaciones de los instrumentos ya mencionadas, se debe sealar que, en s, ambas amplitudes de frecuencia de cojinete y de 1 X RPM, de forma inherente, sern mucho menores en una maquinaria grande de baja velocidad. En el caso de 1X RPM, habr fuerzas mnimas de desequilibrio ya que stas varan con el cuadrado de la velocidad. Por lo tanto, si se intenta especificar las bandas de alarma espectral para esta maquinaria, se tendran que especificar a amplitudes de alarma mucho menores que aqullas para maquinaria que gira a ms de 1200 RPM. La mejor manera de especificarlas ser capturar los datos reales y llevar a cabo anlisis estadsticos en los niveles generales y los de las bandas individuales de frecuencia. Afortunadamente, a pesar de que muchos transductores y recolectores de datos estndar de hoy en da pueden no evaluar la vibracin a 1 X RPM Y 2 X RPM en la maquinaria de mucha menor velocidad, estos mismos instrumentos todava sern capaces de evaluar de forma satisfactoria la salud de los cojinetes. Favor de ver la Figura 6.09G que muestra algunas frecuencias tpicas de los cojinetes de elemento rodante. A pesar de que las frecuencias fundamentales de caja (FTF) y de giro de bolas {BSF) pueden estar todava por debajo del "alcance" del sistema, las frecuencias ms comunes de la pista externa (BPFO) y la pista externa (BPFI) estarn a menudo dentro del rango de 4 a 12 X RPM. Por lo tanto, un sistema de medicin que no poda "ver" una vibracin a, por ejemplo, una velocidad de 100 RPM, detectara con mucha probabilidad las frecuencias fundamentales de las pistas interna y externa en un rango probable de 500 a 1000 CPM en esta mquina, con poca o nula prdida de seales. Y, por supuesto, las armnicas de estas frecuencias de cojinete se pueden evaluar fcilmente. Al evaluar los cojinetes en mquinas que operan particularmente a menos de 100 RPM, se recomienda ampliamente que se capture tanto la forma de onda de tiempo como el espectro FFT. A menudo, cuando la velocidad cae a estos niveles, los impulsos que ocurriran cuando los elementos rodantes pasan por los defectos en las pistas no tendrn la energa suficiente como para generar frecuencias de defectos que se pueden detectar claramente en el espectro FFT, pero pueden todava apreciarse con claridad en Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates 01 Charlotte, Ine. 6-92 Entek IRD International la forma de onda de tiempo. En la Figura 6.09J se muestra un ejemplo en el cual se aprecia la forma de onda de tiempo directamente abajo del espectro FFT. En este caso en particular, el analista probablemente hubiera apreciado frecuencias de defecto en la pista interna presentes en el espectro FFT. Sin embargo, vea que stas estaban igualmente presentes a una amplitud mucho mayor en la forma de onda de tiempo. Por ejemplo, la amplitud de la forma de onda de tiempo de estos pulsos espaciados al inverso de la frecuencia de pista interna (1/BPFI) tena amplitudes de aproximadamente .25 pulgadas/segundo en el espectro FFT (o una amplitud aproximadamente 25 veces mayor en la forma de onda). Esto es muy comn en defectos asociados con los cojinetes de elemento rodante y engranes que causan impactos de vida corta en la onda. Cuando se realizan las operaciones matemticas FFT, estas amplitudes del pulso transitorio de la forma de onda son suprimidas fuertemente cuando se convierten al espectro, y a menudo ni siquiera sern notadas, particularmente si se presentan frecuencias asociadas a otros problemas mecnicos a una amplitud mucho mayor (tal como el desequilibrio a 1X RPM, desalineacin a 2X RPM, frecuencia de paso de labes, etc.). Cuando la velocidad disminuye a niveles muy bajos, del orden de 1 a 20 RPM, el espectro FFT por s solo casi nunca detectar los problemas de cojinetes de elemento rodante. Sin embargo, la forma de onda de tiempo puede revelar todava los problemas con el cojinete tal como se demuestra en la Figura 6.09K de la Referencia 4. En este ejemplo, en una muonera de contenedor BOF de 200 toneladas (horno de oxgeno bsico) en una fundicin, que gira a una velocidad nominal de 1.5 RPM (40 seg/revolucin), la onda de tiempo muestra claramente una frecuencia de defecto en pista externa (BFPO) cuando el espectro no lo hace. En este caso, el BPFO es igual a 20.4 CPM (0.34 Hz) en comparacin con la velocidad de operacin de 1.5 RPM (0.025 Hz). Note cada uno de los picos pronunciados cuando los rodillos de la muonera sobrepasaron e impactaron los defectos en la pista externa (tambin observe que la velocidad de la mquina vari, de hecho, de aproximadamente 1.3 a 1.7 RPM durante el anlisis). La frecuencia se calcul midiendo el tiempo entre impactos (segundos/ciclo) e invirtiendo el resultado. Por ejemplo, con referencia a la Figura 6.09K, si se tomaran los primeros tiempos anotados (3.367 segundos - 0.427 seg. = 2.940 seg.), stos corresponderan a la frecuencia de 1/2.940 segundos 0.34 Hz (20.4 CPM), que seran igual al valor BPFO en este cojinete. La Referencia 9 seala que, al tratar de decidir el tiempo ptimo de muestreo (tMAX ) que se debera especificar para mquinas normalmente se debe especificar un tiempo de muestreo gLJe se aproxime a un valor efe 2 a 4"ievoluciones de la flecha. Esto es, que si la mquina girara a 60 RPM (1.0 revoluciones / correspondera a1 segundo/revolucin. Por tanto, se debiera especificar un de aproximadamente 2 a 4 segundos para capturar tales problemas del cojinete, adems de capturar el espectro FFT. Por otro lado, si la mquina operara a slo 10 RPM (6 seg.lrev.), se debera emplear un tiempo de muestreo (tMAJ de aproximadamente 12 a 24 segundos. Se debe sealar que para tiempos muy largos de muestreo como ste, sera mejor especificar por lo menos 2048 muestras (correspondientes a una FFT de 800 lneas) en lugar del valor comn de 1024 muestras (FFT de 400 lneas). Al hacerlo, se contar con un nmero suficiente de muestras de manera que las amplitudes completas se transfieran a formas de ondas de tiempo, adems de ofrecer un escenario mucho ms real de la respuesta verdadera de vibracin de la mquina en forma de onda. Note qLJe dichas ondas de tiempo deberan ser ondas no sncronas en lugar de ser ondas de tiempo sncronas (debido a que las ondas sncronas remueven las frecuencias de defecto de cojinetes tanto de la onda como del FFT pues no son mltiplos enteros de la velocidad de operacin). Por ahora, el punto ms importante es que se puede evaluar de forma exitosa la salud del cojinete en la maquinaria de baja velocidad si se toman en cuenta las caractersticas del desempeo de respuesta de frecuencia del sistema de instrumentacin y se toman las medidas necesarias sealadas en esta seccin. ., f" " f .s 1-!"ta. .;;< Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-93 SEC RECOM., RESULTAN'!' RPK REY tMAY fJ SAMPLES FldAy 600 .100 .400 sec 1024 1000 Hz (60,000 CPH) 500 .120 .400 1000 Hz (60,000 CPM) 450 400 350 300 240 180 150 120 100 80 60 50 40 30 .133 .150 .171 .200 .250 .333 .400 .500 .600 .750 1.000 1.167 1.500 .400 .500 .500 .800 .800 1.000 1.000 1.333 2.000 2.667 4.000 .4.000 4.000 8.000 2048 1000 Hz (60,000 CPM) 800 Hz (48, OOOCPM) 800 Hz (48 ,000 CPM) 500 Hz (30,000 CPM) 500 Hz (30 ,000 CPM) 400 Hz (24,000 CPM) 400 Hz (24,000 CPM) 300 Hz (18,000 CPM) 200 Hz (12,000 CPM) 150 Hz ( 9 000 CPM) 200 Hz (12,000 CPM) 200 Hz (12,000 CPM) 200 Hz (12,000. CPM) 100 Hz ( 6,000 CPM) .t > 20 15 12 10 6 3.000 4.000 5.000 6.000 10.000 8.000 16.000 16.000 16.000 32.000 100 Hz ( 6,000 CPM) 50 Hz ( 3,000 CPM) 50 Hz ( 3,000 CPM) 50 Hz ( 3,000 CPM) 25 Hz ( 1,500 CPM) I i I 'i 3 20.000 80.000 1 10 Hz ( 600 Cm) ;:, RANGEi 17 d8V srATus. lI'AUSEO ". 50 f' MACeD 58 2/" . . RtG..G- INS '. : :: .- -- _'" 1_'"_ I S 11 . . : . pi.,,,,,,,,, y detecton. pista .JNS l' : - ARMONICAS DE BPFI' . : : .. :qae generan un pulso a 1 rev /01" 1; : .. : : ..... : : : ; : :(Velitana plana) , 1 o I .' . . . . . . . , 1m; = ................. ST"FlT,:e .lott 9W. l. H: STOP, H1 (j, TI ME CR> ce 58 21'118 . I 100 ",lNS /OlV -.00, 5T""T, - u Sec STOP. 2 See x. e H2; FiGURA 6.09J FORMA DE ONDA DE PISTA INTERNA ROTA Y ESPECTRO PARA UN GIRO DE 43 RPM (Referencia 4) (Note los Pronunciados Pulsos Positivos y Negativos en la Forma de Onda de Tiempo) Copyright 1993 Technieal Associates Of Charlotte, Ine. Entek IRDInternational 6-94 .... V1.praoin por De.fed-tD del COJ inste ....... n",,'nao ... "'... ":"'11 l' f :.'- .'"-- ----- -1. . . . 1 _.. -:. .... ..5 -=.. - 1/' 'fR. $IfIt"... FIGURA 6.09K DETECCiN DE FALLAS EN EL COJIENTE AL USAR EL DOMINIO DE TIEMPO EN UN COJINETE DE LA MUOf\IERA QUE OPERA A APROXIMADAMENTE A 1.5 RPM (Con Base en la Referencia 4) 13, Lugar en el que se debe Colocar el Transductor para Detectar Adecuadamente las Frecuencias de Cojinete: Es muy importante que se coloque el transductor de vibracin tan cerca como sea posible de la zona de carga del cojinete, particularmente si el cojinete slo soporta la carga radial. La Referencia 4 muestra que esto es de suma importancia para un cojinete de rodillo esfrico en el cual se dice que la fuerza de la seal de vibracin se puede ver afectada hasta casi el 100% si el transductor no se coloca en la zona de carga, lo que ocasiona que el analista tenga una idea falsa en cuanto a la seguridad cuando, de hecho, no existe problema alguno. 14. Frecuencias Aproximadas de Defecto de Cojinete si Slo se Conoce el Nmero de Elementos Rodantes: La Figura 6.09F muestra 4 frmulas que aproximan las frecuencias de defecto de cojinete si slo se conoce el nmero de elementos rodantes (Nb) (con base en la Referencia 3). Se ha demostrado que estas ecuaciones son considerablemente ms exactas que las aproximaciones anteriores que trabajan bajo la suposicin de que BPFO era igual a aproximadamente .4 x N, X RPM, Y que el valor BPFI era igual a aproximadamente .6 x Nb X RPM. De todas maneras, slo se puede adquirir una precisin ptima si se conoce cada uno de los parmetros de diseo del cojinete (Bd, PdY0), particularmente en el caso de la frecuencia de giro de bola (BSF). 15. Percepcin de de Carga o Instalacin Inadecuada del Cojinete: No slo se pueden emplear las frecuencias de cojinete para detectar defectos en los cojinetes, sino que tambin se pueden usar para detectar si un cojinete est mal instalado o cargado. Por ejemplo, an cuando se instala un cojinete nuevo, si existe una interferencia excesiva del asiento del cojinete en el bastidor del cojinete, causando que ste se "atore" en el asiento, se pueden llenar todos los espacios libres internos forzando a los elementos rodantes hacia las pistas. Si esto ocurre, el cojinete generar de inmediato frecuencias de paso de bolas en las pistas externas y/o internas cuando la mquina arranca. Adems, el autor ha registrado muchas veces datos cuando los cojinetes se han instalado al revs. Cuando esto ha sucedido, los cojinetes de impulso instalados incorrectamente han generado amplitudes excesivamente altas a frecuencias de defecto en las pistas, algunas veces del orden de 1.0 pulgadas/segundo, o inclusive ms altas. Excesivamente fijar a presin un cojinete a la flecha tambin puede generar de inmediato una frecuencia de defecto en la pista interna o externa (BPFO o BPFI), lo que le hace saber al analista que se ha instalado una carga inadecuada y/o excesiva en el cojinete. A pesar de que todava no se haya presentado un desgaste real, si el problema no se detecta y corrige. el cojinete probablemente fallar mucho antes de lo que se esperaba. En todas las situaciones de carga inadecuada, si se vuelven a instalar o cargar los mismos cojinetes de manera adecuada, las frecuencias de defecto se reducen de forma significativa o inclusive desaparecen. Esto ha sucedido en varias ocasiones. De hecho, un cliente que manufactura maquinaria textil usa esta tcnica para detectar problemas de ensamble en el programa de aseguramiento de calidad. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-95 Entek IRD International 18. Problemas de Deformacin Inducidos Elctricamente dentro de los Cojinetes del Motor:.'" Durante los ltimos aos se ha descubierto que se pueden usar las lecturas de vibracin para detectar deformaciones inducidas elctricamente dentro de los cojinetes de elementos rodantes. Se ha encontrado que ste es un problema muy comn, particularmente dentro de los cojinetes externos (o frente al extremo de impulso) de los motores de CD. La Referencia 10 proporciona informacin de un autor sobre la manera en que ha usado los anlisis de vibracin para detectar la presencia de dicha deformacin elctrica y tambin menciona lo sorprendente que fue encontrarse con un voltaje muy bajo que, de todas maneras, ocasionara tanto dao en las superficies de los cojinetes. De hecho, en uno de sus experimentos, encontr un voltaje de slo .4 a .5 voltios que pasaban a travs del cojinete causando daos considerables. Tambin encontr lo siguiente al presenciar la deformacin elctrica: "un pico que no corresponda a ninguna frecuencia de cojinete ocurri entre 40,000 y 60,000 CPM. La mayora de las veces, el pico iba acompaado de bandas laterales de la pista que tuviera el defecto ms grande. Tambin sucedi en ambas pistas. Esta fue una de las maneras en las que, de forma rutinaria, pudimos identificar los problemas de deformacin elctrica. Otra manera de identificar dicho tipo de deformacin fue al escuchar al motor mismo. Notamos que los motores suenan como si estuvieran sometidos a un esfuerzo muy grande, a pesar de que los motores no tenan carga o sta era menor a su carga normal. Conforme empeoran los defectos de cojinete, el sonido se intensifica y se hace ms profundo." La Figura 6.09L muestra un espectro de velocidad que proviene de la Referencia 10, la cual se tom en un cojinete de motor de CD con deformacin inducida elctricamente. El punto a demostrar aqu es que no se apreciaron frecuencias reales de defecto ni en los mltiplos BPFI ni en los BPFO. Por el contrario, las frecuencias de diferencia rodeaban un pico importante que ocurri a aproximadamente 54,000 CPM (900 Hz). Se report que las frecuencias de diferencia eran iguales a las frecuencias de las pistas interna y externa en este espectro. ESPECTRO DE VELOCIDAD TOMADO EN UN COJINETE DE MOTOR DE CD CON DEFORMACiN INDUCIDA ELCTRICAMENTE. (Referencia 1O) ESPECTRO DE VELOCIDAD TOMADO EN UN COJINETE DE MOTOR-DE CD CON _ DEFORMACiN INDUCIDA ELCTRICAMENTE.I (Referencia 10) FRECUENCIAS REPORTADAS POR EL AUTOR .., I ENTRE 40,000 V ro.OOO CPM CON FIGURA 6.09L . ""j'.";,,.,"'>'--' Otro analista encontr datos similares tal como en la Figura 6.09M. En este caso, tanto los espectros de velocidad como de energa pico se registraron en el cojinete externo de un motor de CD que presentaba deformacin inducida elctricamente en su pista externa. Sin embargo, observe la gran diferencia en los espectros de velocidad y de energa pico. El espectro de velocidad no mostr ninguna frecuencia en la frecuencia de pista externa (BPFO) ni armnicas BPFO. Por el contrario, mostr una serie de frecuencias de diferencia espaciadas a la BPFO (aproximadamente 4050 CPM) las cuales se concentraron alrededor de picos a 119, 150, Y Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-97 123,300 CPM. Por otro lado, note que el espectro de energa pico que se muestra en la Figura 6.09M-B mostr, en este caso, 7 armnicas de la frecuencia de pista externa (BPFO), sin '-../ ninguna otra frecuencia discernible en el espectro de frecuencia de pico. Uno de los hallazgos ms importantes de stas y otras pruebas conducidas por el autor es que muestran que el analista debe capturar, por lo menos, una medicin de velocidad a alta frecuencia hasta una frecuencia de aproximadamente 180,000 CPM (3000 Hz) para poder detectar posibles deformaciones inducidas elctricamente en motores de CD. Si el analista toma los datos slo de una ubicacin en el motor de CD, con mayor probabilidad lo har en el cojinete externo. Sin embargo, el autor recomienda ampliamente que tambin se realice una medicin similar de alta frecuencia en el cojinete interno (lado del copie) (debido a que la vibracin a frecuencias mayores por lo regular no viaja). Se deben realizar ambas mediciones en la direccin horizontal. El autor de la Referencia 10 ofrece dos soluciones al paso indeseable de la corriente elctrica a travs de los cojinetes del motor. En uno de los casos, se aisl el cojinete posterior en el motor al perforar el terminador del motor e insertar una camisa fenlica. Despus, se volvi a colocar el cojinete en la camisa, interrumpiendo de tal manera el paso de corriente entre la parte posterior del motor y el terminador. El autor report que con dicha accin, elimin los problemas de deformacin elctrica en estos cojinetes (sin embargo, varios analistas le han hecho saber al autor que esta solucin funciona el 80% 90% del tiempo - mas no siempre). El analista de la Referencia 10 tambin intent instalar escobillas de carbn en el extremo de los cojinetes posteriores, donde la flecha atraviesa el cojinete. Esto solucion este problema particular, pero el autor aade que, una vez que las escobillas se desgastan, la corriente elctrica podra pasar de nuevo a travs de los cojinetes y causar un dao considerable si no se detecta con la prontitud necesaria. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. 6-98 Entek IRD International . .. '.I'EJI ttA :::1 ... ... o ..!! ...., ..c"..... !. ji '" ,;.!! . H'71 40

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Si un engrane esta excntrico, modular la frecuencia natural y las frecuencias de engranes, mismas que presentarn bandas laterales a 1X RPM del engrane excntrico. Un engrane excntrico puede generar fuerzas significativas, tensiones y vibracin si est forzado a apoyarse con los engranes intercalados. u. z -o 'z.0: X _c ::;E (!) f = FREC. NAT. DEL n ENGRANE 1_ FREC.DE 11- BANDA LATERAL ...LL FIGURA 6.11D EXCENTRICIDAD DEL ENGRANE Y/O DESAJUSTE INDICADO Copyright 1993 Teehnieal Associates Of Charlotte, Ine. 6-152 Entek /RD /nternationa/ z -o z ii: X ..... u. ~ C} u. ~ o C\I 6.114 Desalineacin del Engrane La Figura 6.11 E indica la desalineacin de los engranes que casi siempre excita las armnicas de frecuencia de engrane de un orden ms alto. Con frecuencia, slo una peguea amplitud estar en la frecuencia de engrane fundamental (GMF), pero niveles mucho ms altos estarn a 2X y/o 3X GMF. Regularmente, el espacio de las bandas laterales cerca de las frecuencias GMF sera de 2X RPM, o aun 3X RPM cuando hay problemas de desalineacin de engrane. '_FREe. DE "-BANDA LATERAL ..ll-FIGURA 6.11E ESPECTRO INDICANDO DESALINEACiN DE ENGRANES 6.115 Dientes de Engrane Quebrados, Raspados o Rotos: Un engrane con un diente quebrado, raspado o roto generar alta vibracin tanto a 1X RPM de este engrane, como las frecuencias naturales de engrane con bandas laterales alrededor de la frecuencia natural a las RPM del engrane. Este mismo comportamiento lo muestra un diente de engrane con una astilla grande y pronunciada. Por supuesto, un engrane desbalanceado tambin causara alta vibracin a 1X RPM. Por lo tanto, una forma sinusoidal temporal como la gue se muestra en la Figura 6.11 F es de gran ayuda para determinar si el problema dominante es por "--causa de problemas de desbalance o de los dientes de engrane. En muchos casos, un diente de engrane quebrado o roto ocasionar poca vibracin a 1X RPM en el espectro FFT. Sin embargo, puede tener amplitudes 10 a 20 veces ms altas en la forma sinusoidal temporal con picos pronunciados espaciados a la velocidad de operacin del engrane con el diente quebrado o roto. Con relacin a la Figura 6.11F, observe que un diente bien acondicionado mostrar una forma suave y sinusoidal (suponiendo que no hay cojinetes de elemento rodante defectuosos que soporten la flecha). Sin embargo, los dientes de engrane quebrados, raspados o rotor generarn un pico pronunciado cada vez que entren o salgan del intercalado. Al observar una forma sinusoidal temporal, uno puede determinar si el problema es con los dientes del engrane o por otro suceso de impacto como un problema de balero. En el caso de los cojinetes de elemento rodante, habra un numero enorme de impactos dentro de un corto periodo de tiempo. Es decir, las frecuencias altas tienen periodos bajos correspondientes. Por otro lado, en el caso del problema del diente de engrane, si la distancia de tiempo entre los sucesos de impacto corresponden a las RPM del engrane, ste presenta una fuerte evidencia de problemas de dientes. Por ejemplo, en referencia a la Figura 6.11 F, si un engrane de 600 RPM mostr un pico cada .10 seg. (.10 seg/ciclo =10 ciclos /seg =600 ciclos/minuto), entonces habra una fuerte evidencia de que el engrane tiene dientes quebrados, raspados o rotos. Si se toma un espectro en una flecha con ms de un engrane montado, y muestra la forma sinusoidal temporal pronunciada adems de las frecuencias naturales en el espectro con bandas laterales con las RPM del engrane daado, no necesariamente queda claro cul de los engranes en la flecha tiene el problema. En este caso, las pruebas de frecuencia natural de impulso deben realizarse en cada engrane en la flecha as como en los engranes con los que se intercala para identificar cul es el engrane que est presentando problemas. Copyright 1993 Teehnieal Assoeiates Of Charlotte, Ine. Entek IRD International 6-153 DIENTE EN BUENA CONDICiN IMPACTO CON CADA . 11111111111111 III1 f 111111111111111 IDIENTEQUEBRADO REVOLUCIONI O ROTOGIRANDO Al 600 RPM , FIGURA 6.11F COMPARACiN DE LA FORMA SINUSOIDAL TEMPORAL EN UNA BUENA CONDICIN, Y LOS DIENTES DE ENGRANE QUEBRADOS O ROTOS 6.116 Problema de Diente Adicional , - LaFigura 6.11G muestra un que puede indicar problemas de diente adicional. Las frecuencias de diente adicional (fHT) aparecen cuando los problemas pudieron haber ocurrido durante el proceso de fabricacin del engrane o a causa de un mal manejo, al igual que cuando se presentan problemas en el campo. Por ejemplo, si se presenta una falla tanto en el engrane como en el pin, cada vez que los dientes defectuosos en cada engrane entran en contacto entre s, se generaran un pulso. Ya que la mayora de los engranes no tienen una proporcin de 1 a 1, estos dos dientes en particular slo entraran en contacto peridicamente. Por ejemplo, considere el caso del rotor de una bomba que tiene un engrane con seis dientes macho y siete dientes hembra como el que se muestra en la Figura 6.11 H. Si cada engrane estuviera enumerado, el diente #1 del engrane quedara opuesto al pin #1 solamente una vez cada 7 revoluciones. La formula real para esta frecuencia de diente adicional se proporciona en la FIGURA 6.11G, pero se repite a continuacin para una mejor com