Instituto Nacional De Mxico

Instituto Tecnolgico De Orizaba Departamento de metal - mecnica

Ingeniera Mecnica

Materia: mantenimiento industrial

Unidad IV aplicacin de las teoras de las vibraciones

Integrantes del equipo Hernandez Martnez moisesPulido Martnez GregorioSaldaa Bonilla Jos Luis

UNIDAD IV APLICACIN DE LA TEORA DE LAS VIBRACIONESSUPTEMAS:4.1. MEDICIN DE VIBRACIONES.4.2. ANLISIS DE VIBRACIONES.4.3. DIAGNOSTICO DE VIBRACIONES.4.4. BALANCEO DE ROTORES.4.5. REGISTRO Y ANLISIS DE VIBRACIONES.

INTRODUCCION La razn principal para analizar y diagnosticarel estadode una maquina es determinar las medidas necesarias para corregir la condicin de vibracin reducir el nivel de las fuerzas vibratorias no deseadas y no necesarias. De manera que, al estudiar losdatos, elintersprincipal deber ser la identificacin de las amplitudes predominantes de la vibracin, la determinacin de las causas, y la correccin del problema que ellas representan.El siguiente materialmuestralos diferentes causas de vibracin y sus consecuencias, lo cual nos ayudara enormemente para interpretar los datos que podamos obtener , determinado as el tipo de vibracin que se presenta y buscar as la debida correccin de las mismas.Qu es una vibracinUna manera sencilla de describir lo que es este concepto sera: el movimiento continuo y repetitivo de un objeto alrededor de una posicin de equilibrio. La posicin de equilibrio es a la que se llegar cuando la fuerza que acta sobre el objeto sea cero. El fenmeno de vibracin es benfico para algunas situaciones como el caso del funcionamiento de instrumentos musicales con cuerdas como la guitarra ya que por medio de este se produce el sonido y se hace trabajar dicho instrumento; sin embargo la mayora de las veces esto no resulta deseable pues en otros casos por el contrario perjudica sistemas llevndolos a perder partes, aflojar uniones o incluso desensamblarse por causa del mismo movimiento.Este tipo de vibracin se llama vibracin de cuerpo entero, lo que quiere decir que todas las partes del cuerpo se mueven juntas en la misma direccin y en cualquier momento. El movimiento vibratorio de un cuerpo entero se puede describir completamente como una combinacin de movimientos individuales de 6 tipos diferentes. Esos son traslaciones en las tres direcciones ortogonales (x, y, z) y rotaciones alrededor de los ejes (x, y, z), cualquier movimiento complejo que el cuerpo pueda representar se puede descomponer en una combinacin de esos seis movimientos. De un tal cuerpo se dice que posee seis grados de libertad.Es importante mencionar que para poder entender lo que ocasionan los diferentes tipos de vibraciones se debe conocer sus componentes bsicos que son: su masa y su fuerza restauradora.

Otra manera de explicarlo es que los movimientos vibratorios en mquinas se presentan cuando sobre las piezas elsticas actan fuerzas variables. Generalmente estos movimientos son indeseables, aun cuando en algunos casos se disean de manera deliberada en la mquina.El anlisis de las vibraciones requiere el siguiente proceso general: Evaluar las masas y la elasticidad de las piezas a estudio. Calcular la cantidad de rozamiento actuante. Idealizar el implemento mecnico real, reemplazndolo por un sistema aproximadamente equivalente de masas, resortes y amortiguadores. Escribir la ecuacin diferencial de movimiento del sistema idealizado. Resolver la ecuacin e interpretar los resultados.El sistema ideal ms sencillo consiste de una masa nica, un resorte nico y un amortiguador como se muestra en la figura. Este sistema se define como un sistema de un grado de libertad.Dnde:m: masak: constante del resorte (fuerza por unidad de deformacin)c: constante de amortiguamiento (fuerza por unidad de velocidad). Se supone que el amortiguamiento es viscoso, es decir, que la fuerza resistente es proporcional a la velocidad.F (t): fuerza externa, funcin del tiempoX: desplazamiento de la masa desde la posicin de equilibrio estticoX: derivadas primera y segunda respectivamente de x con respecto a tDonde:_ m: masa_ k: constante del resorte (fuerza por unidad de deformacin)_ c: constante de amortiguamiento (fuerza por unidad de velocidad). Se supone que elamortiguamiento es viscoso, es decir, que la fuerza resistente es proporcional a la velocidad._ F(t): fuerza externa, funcin del tiempo_ x: desplazamiento de la masa desde la posicin de equilibrio esttico

Cualquier sis

de describirse por medio de la misma forma de ecuacin diferencial escrita anteriormente, si la fuerza del resorte es proporcional al desplazamiento y la fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad. Para el sistema general de un solo grado de libertad podemos escribir:

Donde me,ce,ke son la masa equivalente, la constante de amortiguamiento equivalente y la constante del resorte equivalente, respectivamente. El desplazamiento X puede ser lineal o angular.CARACTERSTICAS DE LAS VIBRACIONES MECNICAS Magnitud:Magnitud Los desplazamientos oscilatorios de un objeto implican, alternativamente, una velocidad en una direccin y despus una velocidad en direccin opuesta. Este cambio de velocidad significa que el objeto experimenta una aceleracin constante, primero en una direccin y despus en direccin opuesta. La magnitud de una vibracin puede cuantificarse en funcin de su desplazamiento, su velocidad o su aceleracin. A efectos prcticos, la aceleracin suele medirse con acelermetros. La unidad de aceleracin es el metro por segundo al cuadrado (m/s2). La aceleracin debida a la gravedad terrestre es, aproximadamente, de 9,81 m/s2. La magnitud de una oscilacin puede expresarse como la distancia entre los extremos alcanzados por el movimiento (valor pico-pico) o como la distancia desde algn punto central hasta la desviacin mxima (valor pico). Con frecuencia, la magnitud de la vibracin se expresa como el valor promedio de la aceleracin del movimiento oscilatorio, normalmente el valor cuadrtico medio o valor eficaz (m/s2 r.m.s.). Para un movimiento de una sola frecuencia (senoidal), el valor eficaz es el valor pico dividido por 2. Para un movimiento senoidal, la aceleracin, a (en m/s2), puede calcularse a partir de la frecuencia, f (en ciclos por segundo), y el desplazamiento, d (en metros): a=(2f ) 2d Puede usarse esta expresin para convertir medidas de aceleracin en desplazamientos, pero solo tiene precisin cuando el movimiento se produce a una sola frecuencia. A veces se utilizan escalas logartmicas para cuantificar magnitudes de vibracin en decibelios. Cuando se utiliza el nivel de referencia de la Norma Internacional 1683, el nivel de aceleracin, La, viene dado por la expresin La = 20 log10(a/a0), en donde a es la aceleracin medida (en m/s2 r.m.s.) y a0 el nivel de referencia de 10-6 m/s2. En algunos pases se utilizan otros niveles de referenciaFrecuencia:Frecuencia La frecuencia de vibracin, que se expresa en ciclos por segundo (hertzios, Hz), afecta a la extensin con que se transmiten las vibraciones al cuerpoDireccinDireccin Las vibraciones pueden producirse en tres direcciones lineales y tres rotacionales. En el caso de personas sentadas, los ejes lineales se designan como eje x (longitudinal), eje y (lateral) y eje z (vertical). Las rotaciones alrededor de los ejes x, y y z se designan como rx (balanceo), ry (cabeceo) y rz (deriva), respectivamente. Las vibraciones suelen medirse en la interfase entre el cuerpo y las vibracionesTIPOS DE VIBRACIONES Vamos a ver varias formas de clasificar el estudio de las vibraciones mecnicas.Vibracin libre: es cuando un sistema vibra debido a una excitacin instantnea.Vibracin forzada: es cuando un sistema vibra debida a una excitacin constante.Esta importante clasificacin nos dice que un sistema vibra libre mente solo y solo si existe condiciones iniciales, ya sea que suministremos la energa por medio de un pulso ( energa cintica) o debido a que posee energa potencial, por ejemplo deformacin inicial de un resorte.Esta energa es disipada por el fenmeno llamado amortiguacin, en ocasiones es despreciable.Aun cuando la energa es disipada durante la vibracin, en le caso de la vibracin forzada esta descompensada por la excitacin constante.Vibracin amortiguada: es cuando la vibracin de un sistema es disipada.Vibracin no amortiguada: es cuando la disipacin de energa se puede disipar para su estudio.El amortiguamiento es un sinnimo de la perdida de energa de sistemas vibratorios. Este hecho puede aparecer como parte del comportamiento interno de un material, de rozamiento, o bien, un elemento fsico llamado amortiguador.Vibracin lineal: si los componentes bsicos de un sistema tienen un comportamiento lineal la vibracin resultante es lineal.Vibracin no lineal: se produce si alguno de sus componentes se comporta como no lineal.El comportamiento lineal de un elemento facilita su estudio, en la realidad todo elemento de comporta como no lineal pero los resultados de su estudio no difieren, en su mayora, a los realizados si se consideran como elementos lineales.con vibraciones no muy intensas, puede producirse el fallo con el tiempo de funcionamiento de la mquina, por fatiga de algunos de sus elementos. Las vibraciones se pueden clasificar de varias maneras, segn elconceptoa estudiar. Una primera clasificacin puede ser en:

Para un sistema vibrando linealmente rige el principio de superposicin y lastcnicasmatemticasson relativamente sencillas y estn bien desarrolladas. Por el contrario las tcnicas para sistemas no lineales son ms complicadas y difciles de aplicar. Los sistemas tienden a volverse no lineales cuando crece la amplitud de su oscilacin.Tambin se puede establecer una segunda clasificacin de la siguiente manera:

La vibracin puede ser periodica o aleatoria. La vibracin peridica est caracterizada por su perodo de tiempo muy bien definido, (su inversa es la frecuencia), figura 10. Encambiohay vibraciones que no tienen una forma de onda o perodo repetible caracterstico definido. Estas son las llamadas vibraciones aleatorias o random. Ver figura 1.

Figura 1A su vez, la vibracin peridica puede ser: simple y compuesta. Denominamos vibracin simple cuando en el espectro de la misma en frecuencia aparece nicamente una sola frecuencia. Podemos decir de forma ms coloquial que la vibracin simple, slo esta compuesta por una onda. Ver figura 2. Si aparecen dos o ms frecuencias en el espectro la vibracin es compuesta.

FACTORES QUE CAUSAN LAS VIBRACIONES MECANICASFUENTES DE VIBRACINLa razn principal para analizar y diagnosticar el estado de una maquina es determinar las medidas necesarias para corregir la condicin de vibracin - reducir el nivel de las fuerzas vibratorias no deseadas y no necesarias. De manera que, al estudiar losdatos, elintersprincipal deber ser la identificacin de las amplitudes predominantes de la vibracin, la determinacin de las causas, y la correccin del problema que ellas representan.El siguiente materialmuestralos diferentes causas de vibracin y sus consecuencias, lo cual nos ayudara enormemente para interpretar los datos que podamos obtener , determinado as el tipo de vibracin que se presenta y buscar as la debida correccin de las mismas.Vibracin debida a desbalanceEl desbalance de la maquinaria es una de las causas ms comunes de la vibracin. En muchos casos, los datos arrojados por un estado de desbalance indican: La frecuencia de vibracin se manifiesta a 1x las rpm de la pieza desbalanceada. La amplitud es proporcional a la cantidad de desbalance. La amplitud de la vibracin es normalmente mayor en el sentido demedicinradial, horizontal o vertical (en las maquinas con ejes horizontales). El anlisis de fase indica lecturas de fase estables. La fase se desplazar 90 si se desplaza el captador 90.Nota: el desbalance de un rotor saliente a menudo tiene como resultado una gran amplitud de la vibracin en sentido axial, al mismo tiempo que en sentido radial.Vibracin debida a falta de alineamientoEn la mayora de los casos los datos derivados de una condicin de falta de alineamiento indican lo siguiente: La frecuencia de vibracin es de 1x rpm; tambin 2x y 3x rpm en los casos de una grave falta de alineamiento. La amplitud de la vibracin es proporcional a la falta de alineamiento. La amplitud de la vibracin puede ser alta tambin en sentido axial, adems de radial. El anlisis de fase muestra lecturas de fase inestables. La falta de alineamiento, aun con acoplamientos flexibles, produce fuerzas tanto radiales como axiales que, a su vez, producen vibraciones radiales y axiales.Nota: uno de los indicios ms importantes deproblemasdebidos a falta de alineamiento y a ejes torcidos es la presencia de una elevada vibracin en ambos sentidos, radial y axial. En general, cada vez que la amplitud de la vibracin axial sea mayor que la mitad dela lecturaradial ms alta, hay un buen motivo de sospechar la existencia de un problema de alineamiento o eje torcido.

Los tres tipos bsicos de falta de alineamiento en el acoplamiento son: angular, en paralelo y una combinacin de ambos.Una falta de alineamiento angular sujeta principalmente los ejes de las maquinas accionadora y accionada a vibracin axial igual a la velocidad de rotacin (rpm) del eje.La falta de alineamiento en paralelo produce principalmente vibracin radial con una frecuencia igual al doble de la velocidad de rotacin del eje.Vibracin debida a excentricidadLa excentricidad es otra de las causas comunes de vibracin en la maquinaria rotativa. Excentricidad en este caso no significa "ovalizacin", sino que la lnea central del eje no es la misma que la lnea central del rotor - el centro de rotacin verdadero difiere de la lnea central geomtrica.La excentricidad es en realidad una fuente comn de desbalances, y se debe a un mayor peso de un lado del centro de rotacin que del otro.Una manera de diferenciar entre desbalance y excentricidad en este tipo de motor es medir la vibracin con filtro afuera mientras el motor est funcionando bajo corriente. Luego, se desconecta el motor, observando el cambio de la amplitud de vibracin. Si la amplitud se reduce gradualmente mientras el motor sigue girando por inercia, es muy probable que el problema sea debido a desbalance; si, en cambio, la amplitud de vibracin desaparece en el momento mismo en que el motor es desconectado, el problema es seguramente denaturalezaelctrica, y es muy posible que se deba a excentricidad del inducido.La excentricidad en rodetes o rotores de ventiladores, sopladores,bombasycompresorespuede tambin crear fuerzas vibratorias. En esos casos las fuerzas son el resultado de fuerzas aerodinmicas e hidrulicas desiguales que actan contra el rotor.De elementos rodantes defectuososDefectos en las pistas, en las bolas o en los rodillos de rodamientos de elementos rodantes ocasionan vibracin de alta frecuencia; y, lo que es mas, la frecuencia no es necesariamente un mltiplo integral de la velocidad de rotacin del eje. La amplitud de la vibracin depender de la gravedad de la falla del rodamiento.Nota: la vibracin generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros puntos de la mquina. Por lo tanto, el rodamiento defectuoso es generalmente el que se encuentra ms cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibracin de este tipo.Falla de rodamientos - otras causasLos rodamientos no fallan prematuramente a menos que alguna otra fuerza acte sobre ellos; y tales fuerzas son generalmente las mismas que ocasionan vibracin.Causas comunes de fallas en los rodamientos de elementos rodantes: Carga excesiva Falta de alineamiento Defectos de asientos del eje y/o de las perforaciones en el alojamiento Montaje defectuoso Ajuste incorrecto Lubricacin inadecuada o incorrecta Sellado deficiente Falsa brinelacin (deformacin bajo carga) Corriente elctricaVibracin debida a rodamientos de chumacera defectuososElevados niveles de vibracin, ocasionados por rodamientos de chumacera defectuosos, son generalmente el resultado de una holgura excesiva (causada por desgaste debido a unaaccinde barrido o porerosinqumica), aflojamientos mecnicos (metal blanco suelto en el alojamiento), o problemas de lubricacin.Holgura excesiva de los rodamientosUn rodamiento de chumacera con holgura excesiva hace que un defecto de relativamente menor importancia, tal como un leve desbalance o una pequea falta de alineamiento, u otra fuente de fuerzas vibratorias, se transformen como resultado de aflojamientos mecnicos o en golpes repetidos (machacado).En tales casos el rodamiento en si no es lo que crea la vibracin; pero la amplitud de la misma seria mucho menor si la holgura de los rodamientos fuera correcta.