capacitación teoría vibracional básica
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GESTIÓN DE CONFIABILIDAD BASADA EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES SEMINARIO
INTRODUCCIÓN
PASADO PRESENTE
•Detección defallas
• Detección defallas
de diseños
• Causa raíz
• Programas de
gestión deconfiabilidad
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GESTIÓN DE CONFIABILIDAD BASADA EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES SEMINARIO
√ Máquinas en piso.
√ Herramientas de mano eléctricas.
√ Herramientas de mano de impacto.
√ Camino (pasajeros en vehículo).
√ Guías en sistemas de transporte.
√ Transmisión a pisos, sillas, espaldares y cabezales.
Fuentes de Vibración reales en Plantas
Industriales:
VIBRACIÓN:
1. Variación con respecto al tiempo de una magnitud quealternativamente es más grande y más pequeña que unvalor promedio.
2. Movimiento que tiene 3 características:
• Oscilatorio.
• Posee un punto de equilibrio.
• La fuerza atractora es del tipo F = -kx
k
mFo sen( ωωωωt )
c
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VIBRACION FORZADA CON AMORTIGUAMIENTO
K RESORTE
C AMORTIGUADOR
)(t F kx xc xm =++
•••
MASA m x F = Fo sen( ωωωωt )
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VIBRACIÓN SIMPLE
M.A.S.
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GESTIÓN DE CONFIABILIDAD BASADA EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES SEMINARIO
VIBRACIÓN ENMÁQUINAS
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CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LA VIBRACIÓN
AMPLITUD DE ONDA
Amplitud
T : PERÍODO
FRECUENCIA = 1/T = # CICLOS POR SEGUNDO ó Hz
Tiempo
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FORMAS PARA EXPRESAR LA AMPLITUD Y
LA FRECUENCIA
P K - P K
tiempo
amplitud
O - P K
R M S
Amp0-PK AmpRMS =
√ 2
Para una onda sinusoidal pura En general
AmpRMS =√ V 12+V 22+...+V n2
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DIFERENCIAS ENTRE RMS Y pK
Ondas con igual valor RMS y diferente valor pK
pK pK pK pK pK pK pK pK
RMSRMSRMSRMS
Ondas con igual valor pK y diferente valor RMS
RMSRMSRMSRMS
pK pK pK pK
RMSRMSRMSRMS
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FASE
tiempo
amplitud
fase
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MEDICIÓN DEL ÁNGULO DE FASE
Tiempo
Amplitud
fase
DEFINICIÓN: Diferencia de tiempo entre dos señales deigual frecuencia.
UTILIZACIÓN: • Verificar desalineación.
• Revisar velocidades críticas.
• Relación entre una fuerza de desbalanceo ysu respectiva señal de vibración.
MEDICIÓN: Osciloscopio, un analizador con una referencia
(cinta reflectiva), luz estroboscópica.
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SEÑAL CON DOMINIO ENEL TIEMPO
AMPLITUD DE VIBRACIÓN
• DESPLAZAMIENTO
• VELOCIDAD
• ACELERACIÓN
Tiempo [seg]
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AMPLITUD DE VIBRACIÓN
SEGÚN NORMA ISO 1000
DESPLAZAMIENTO [m], [mm], [µm]
VELOCIDAD DE VIBRACIÓN [m/s], [mm/s],
DECIBEL
10-2 mm / s2 Aceleración
10-5 mm / s Velocidad
dB=20 Log ( Amplitud / Referencia)
UNIDADES PARA EXPRESAR LA AMPLITUD
DE VIBRACIÓN Y FRECUENCIA
ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN [m/s2], [mGs]
10-8 mm Desplazamiento
FRECUENCIA
Hz CPM CPS
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AMPLITUD20 Hz 20 Hz
DESPLAZAMIENTO < DESPLAZAMIENTO
AMPLITUD DE VIBRACIÓNSEGÚN NORMA ISO 1000
DESPLAZAMIENTO [m], [mm]. [µm]
VELOCIDAD DE VIBRACIÓN [m/s], [mm/s],
[in/s]
ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN [m/s2], [mG]
VELOCIDAD < VELOCIDAD ACELERACIÓN < ACELERACIÓN
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RELACIÓN ENTRE DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD
Y ACELERACIÓN
Tiempo
Amplitud
( )ϕ += t Cos DY *( )ϕ ω ω +−=
•
t Sen DY **
( )ϕ ω ω +−=••
t Cos DY ** 2
D: Máximo desplazamientoω: Velocidad angular [rad/s]t: Tiempo [s] Y: Posición en un tiempo tφ: Fase inicial
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DESPLAZAMIENTO: Medida dominante de muy bajas frecuencias, menores a 20 Hz. Estárelacionado con movimiento y esfuerzos dedeflexión.
VELOCIDAD: Su rango de frecuencia está entre10 Hz 1000 Hz a roximadamente. Está
relacionado a la energía y a fatiga del material.
ACELERACIÓN: Es la medida dominante en altasfrecuencias, superior a los 1000 Hz. Estárelacionado a fuerza.
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ANÁLISIS COMPARATIVO
p l i t u d
Desplazamiento
Velocidad A
1 10 100 1 k 10 k
Frecuencia [Hz]
Aceleración
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CONVERSIÓN DE UNIDADES PARA ONDAS
SINUSOIDALES PURAS
DESPLAZAMIENTO = D
VELOCIDAD = V = 2 π f D
ACELERACIÓN = a = 2 π f V = (2 π f)2 D
Frecuencia (Hz) = f [ciclos/s]
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CONVERSIÓN DE UNIDADES PARA ONDAS
SINUSOIDALES PURAS
EJEMPLO 1:
Convertir 2 mils pk-pk en mm/s pk a una frecuencia de 1.775CPM:
2 mils pk-pk = 1 mil pk
1 mil pk = (1 in/1000) x (25.4 mm/ 1 in) = 0.0254 mm pk
1775 CPM x (1 min/60 s) = 29.58 Hz
V = 2 π f D = 2 π (29.58 Hz) (0.0254 mm pk) = 4.72 mm/s pk
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CONVERSIÓN DE UNIDADES PARA ONDAS
SINUSOIDALES PURAS
EJEMPLO 2:
Convertir 0.5 g pk en mm/s rms a una frecuencia de 3.540CPM:
1 g pk = 9800 mm/s2 pk 0.5 g pk = 4900 mm/s2 pk
V = A /2 π f = (4900 mm/s2 pk) / (2 π (59 Hz))= 13.22 mm/s pk
3540 CPM x (1 min/60 s) = 59 Hz
V RMS = V PK / 1.4142 = 9.35 mm/s rms
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CONVERSIÓN DE UNIDADES PARA ONDAS
SINUSOIDALES PURAS
EJEMPLO 3:
Convertir 2 g rms en µm pk - pk a una frecuencia de 1000CPS:
2 g rms = 19600 mm/s2 rms ; 1000 CPS = 1000 Hz
D = 4.9647 x 10-4 mm rms = 0.4965 µm rms
D = A / (2 π f) = (19600 mm/s ) / (2 π (1000 Hz))
Dpk-pk = Drms x 1.4142 x 2 = 1.4043 µm pk-pk
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VIBRACIONESCOMPUESTAS
VIBRACIÓN PERIÓDICA
t [seg]
Amp
VIBRACIÓN ALEATORIA
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| Vibración simple F = 100 Hz
A =10
|
VIBRACIÓN COMPUESTA
200 f [Hz]
10
5
100
|
Vibración simple F = 200 Hz
A =5
Σ vibraciones simples = vibración compuesta
|
A =12
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ANÁLISIS ESPECTRAL
VIBRACIÓN COMPUESTA MÁQUINA SEPARACIÓN
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Vibración simple F = 100 Hz
A =10
ANÁLISIS ESPECTRAL: VIBRACIONES SIMPLES
Diagrama Frecuencia amplitud
200 f [Hz]
10
100
Vibración simple F = 200 Hz
A =10
Diagrama Frecuencia amplitud
200 f [Hz]
10
100
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ARMÓNICOS Y ÓRDENES
1 ARMÓNICO =1 ORDEN
2 ARMÓNICO =2 ORDEN
Ó Á
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-10
-5
0
5
10
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
-5
0
5
10
• 0
• 3
SEÑAL No 2 :
PERIODO = 0.5 SEG
PERIODO = 1 SEG
FRECUENCIA = 1 HZ
SEÑAL No 1:• 9
• 9
• - 8
-10
0 1 2 3 4 5
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5
AMPLITUD : VALORES PICO , TIEMPO : SEGUNDOS
•=
SEÑAL No 3 =
SEÑAL No1 + SEÑAL No2• 9 + 0 = 9
• 9 + 3 = 12
• -8 + 5 = -3
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GESTIÓN DE CONFIABILIDAD BASADA EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES SEMINARIO
Amp
Amp
ANÁLISIS ESPECTRAL: VIBRACIONES COMPUESTAS
SEPARACIÓN VIBRACIÓN EN EL TIEMPO ESPECTRO DE VIBRACIÓN
zseg
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Espectro de vibraciónLa vibración compleja es igual a lasuma de vibraciones simples.
TRANSFORMADA DE FOURIER
Dominio de la
frecuencia
Dominio del tiempo
Señales en el dominio del tiempo y en eldominio de la frecuencia (espectro)
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DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN
f [Hz]
ESPECTRO DE VIBRACIÓN:DESPLAZAMIENTO [um]
SEÑAL DE VIBRACIÓN
ESPECTRO DE VIBRACIÓN:VELOCIDAD [mm/s]
ESPECTRO DE VIBRACIÓN:ACELERACIÓN [mG]
f [Hz] f [Hz]
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DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE VIBRACIÓN
ESPECTRO DE VIBRACIÓN: ACELERACIÓN [mG]
ESPECTRO DE VIBRACIÓN: VELOCIDAD [mm/s]
1 Hz 1,000 Hz
NBF
NMF
SEÑAL DE VIBRACIÓN
ESPECTRO DE VIBRACIÓN: ACELERACIÓN [mG]
1 Hz 1,000 Hz
10 Hz 10,000 Hz
NAF
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EJEMPLOS DE FUERZAS DE EXCITACIÓN
FUENTE FRECUENCIAS
Desbalanceo dinámico 1X (RPM)
Desalineación 1X, 2X, 3X
Eje flectado 1X, 2X (Menor amplitud)
Holgura Eje-agujero Armónicos de las RPM
Soltura estructural 1X
Rodamientos Frecuencias de falla (no armónicas)
Mecanismos de impacto Múltiples frecuencias
Cajas de engrane # dientes X
Bandas de transmisión Subarmónicos de las RPM
Giro de aceite en cojinetes 0.43X A 0.47X
Álabes e impulsores #álabes o paletas X
Máquinas reciprocantes ½ y múltiples armónicas de las RPM
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COEFICIENTE DE AMORTIGUAMIENTO
t (s)t (s)t (s)t (s)
A AA A
A AA A
ζ>1: sobreamortiguado
ζ=1: críticamente amortiguado
nm
C
ω ζ 2=
221 ζ ω ω −= nc
recuenc a na ura
amortiguada
ζ<1: subamortiguado
Para
t (s)t (s)t (s)t (s)
t (s)t (s)t (s)t (s)
ζ<1: subamortiguado A AA A
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ROTOR RÍGIDO VS ROTOR FLEXIBLE
ROTOR RÍGIDO: El rangode operación o velocidadnominal del rotor está pordebajo del primer crítico.
A AA A
RotorRotorRotorRotorFlexibleFlexibleFlexibleFlexible
1er Crítico1er Crítico1er Crítico1er Crítico
ROTOR FLEXIBLE: El rangode operación o velocidadnominal del rotor está porencima del primer crítico.
F (Hz)F (Hz)F (Hz)F (Hz)
RigidoRigidoRigidoRigido
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FORMAS MODALES
1ER CRITICO
2DO CRITICO
3ER CRITICO
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DESBALANCEO SIMPLEPATOLOGÍAS BÁSICAS
Amplitud [mm/s]
t [seg]
ESPECTRO DE VIBRACIÓN
f [Hz]
Amplitud [mm/s]
0 20 40 60 80 100
1X
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t [seg]
Amp
GOLPE INTERMITENTE
FRECUENCIA NATURAL
Fn
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DESALINEACIÓN ANGULAR O PARALELA
t [seg]
Amplitud [mm/s]
RADIAL O AXIAL
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HOLGURA MECÁNICA EJE AGUJERO
t [seg]
Amp
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Fórmulas aproximadas para calcular lasfrecuencias de falla:
DEFECTOS EN PISTAS
Frecuencia Pista Interna: 0,6 (RPS)(# Bolas)
Frecuencia Pista Externa: 0,4 (RPS)
Frecuencia Bolas: 2,4 (RPS)Frecuencia Canastilla: 0,4 (RPS)
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FRICCIÓN ABRASIVA
Se aprecia en espectros deaceleración de vibración ,entre 100 y 1000 Hz.
FRICCIÓN ABRASIVA
DESGASTE
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CONTACTO METAL - METAL
Se aprecia en espectros deaceleración de vibración ,entre 2000 y 5000 Hz.
HAY STACK
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Á
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19 RPS
ESPECTRO DE VIBRACIÓN
ANÁLISIS ESPECTRAL
Amplitud [mm/s]
1X 1/3 X
B1 B2 B3
57 RPS
f [Hz]0 20 40 60 80 100
BPF
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Ó
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VISUALIZACIÓN DE ESPECTROS CON
EL SISTEMA A-PREDICTOR