Análisis Vibracional
¿Qué es el Análisis de Vibraciones?
El Análisis de Vibración es una técnica utilizada para identificar y predecir anomalías mecánicas en maquinaria industrial, midiendo la vibración e identificando las frecuencias involucradas. Esta vibración es registrada por un acelerómetro y los datos son procesados por un analizador de espectro. La aplicación de esta técnica en el mantenimiento predictivo mejora en gran medida la eficiencia y la fiabilidad en maquinaria industrial.
Fallas que identifica el Análisis de Vibraciones
Casi todas las fallas que puede tener una máquina se pueden identificar o al menos sospechar con el análisis de vibraciones. Sólo en ocasiones se requerirán de métodos complementarios para confirmar un diagnóstico. Entre las fallas más comunes están:
- Desbalanceo
- Fallas en rodamientos
- Holgura mecánica
- Desalineamiento
- Resonancia y Frecuencias naturales
- Fallas eléctricas en motores
- Torsión de eje
- Fallas en cajas de engranes
- Cavitación en bombas
- Velocidades críticas
Limitaciones del análisis de vibraciones
Se han hecho grandes esfuerzos para encontrar funciones que solucionen las pocas limitaciones del análisis de vibraciones. Sin embargo, existen todavía algunas que aún no se pueden eliminar.
Frecuencia máxima: Los sensores comunes tienen una frecuencia máxima de 10 a 15 kHz. Por lo tanto, si no se invierte en sensores especiales, las frecuencias superiores serán invisibles para el equipo.
Ultra bajas frecuencias: Las frecuencias muy bajas son posibles de medir, pero muy frecuentemente son pasadas por alto debido a que se requieren largas muestras que no se toman de manera convencional.
Estado del lubricante: Esta es una de las mayores limitantes del análisis de vibraciones. El estado del lubricante no se puede evaluar mediante esta técnica, únicamente se puede ver la falta de éste.
Fundamentos del análisis de vibraciones
Principios básicos
El análisis de vibraciones no necesita ningún desmontaje ni que la máquina sea detenida, por lo tanto es un método no invasivo. El principio fundamental es la medición de la vibración mediante sensores que transforman el movimiento en una señal eléctrica que es interpretada y almacenada por un analizador.
Sensores
El sensor más común en la práctica del análisis de vibraciones es el acelerómetro, aunque existen también velocímetros y sensores de desplazamiento.
Los acelerómetros proporcionan una señal de voltaje proporcional a la aceleración de la vibración. Posteriormente, esta señal puede ser integrada para obtener la velocidad y el desplazamiento haciendo del acelerómetro el sensor más versátil.
Vibración
La maquinaria rotativa produce vibración durante su operación. La vibración se produce por la fricción y fuerzas centrífugas tanto de las piezas rotativas como de los rodamientos. Esta vibración puede ser medida e incluso, en la mayoría de los casos, escuchada.
La vibración se define como un movimiento repetitivo entorno a un punto de equilibrio. Además la vibración está caracterizada por sus variaciones en amplitud y frecuencia. Tanto la Amplitud como la Frecuencia son utilizadas para un sin número de cálculos indispensables para el diagnóstico.
La amplitud es la extensión máxima de la oscilación y se mide desde el punto más bajo hasta el punto más alto de la forma de onda. La amplitud está relacionada con la extensión del movimiento.
Por otro lado, el valor RMS (Raíz Cuadrática Media) refleja la cantidad de energía contenida en esta vibración. El valor RMS es el parámetro más utilizado para medir la intensidad de la vibración.
Frecuencia
La frecuencia es el número de ciclos por segundo Hz (o por minuto CPM) de la vibración. Imaginemos un piano, cada nota corresponde a una frecuencia. Cuando presionas varias teclas se escucha un sonido compuesto. La frecuencia y amplitud de cada nota se suman para crear una señal compleja. Por lo tanto es importante tomar en cuenta que la vibración puede tener múltiples frecuencias y amplitudes que la componen y que obedecen a distintas causas.
Piensa que una máquina posee tantas partes mecánicas como teclas tiene un piano. Cada parte mecánica tendrá su propia huella vibratoria.
FFT
La FFT (Transformada Rápida de Fourier) es un cálculo que descompone una señal en el dominio del tiempo en todas sus frecuencias. En un gráfico FFT es fácil identificar las frecuencias y amplitudes que conforman una señal.
Parámetros de medición
Existen 3 parámetros básicos que se le miden a la vibración y la diferencia es la importancia que cada uno le da a las frecuencias.
La Aceleración le da mayor importancia a las altas frecuencias. Es útil para ver el estado de los rodamientos y engranajes.
La Velocidad le da igual importancia a altas y a bajas frecuencias. Es la base para medir la energía destructiva de la vibración y por lo tanto la unidad más importante.
El Desplazamiento le da mayor importancia a las bajas frecuencias. Es útil para evaluar el desbalanceo dinámico, órbitas y ODS (simulación de las deformaciones en 3D).
Observe los espectros a continuación. Pertenecen a la misma señal por lo tanto verá usted picos a las mismas frecuencias, pero con diferentes amplitudes en cada una. Observe como cambia la importancia que cada parámetro le asigna a las frecuencias.
Planes de mantenimiento
El análisis de vibraciones en el mantenimiento correctivo tiene como objetivo diagnosticar y corregir un problema de vibración existente.
Por el contrario, en el mantenimiento predictivo el objetivo es predecir las fallas mediante la tendencia generada a través de las mediciones tomadas a lo largo del tiempo.
¿Se puede predecir una falla? – Mantenimiento Predictivo
¡Sí! o al menos en la mayoría de los casos. Hagamos una analogía.
¿Has llevado tu auto alguna vez al mecánico porque notaste un nuevo ruido, o bien porque un ruido que ya estaba se hizo más fuerte?
Inconscientemente al llevarlo al mecánico estás haciendo un análisis predictivo. Sabes que si no llevas el auto al mecánico el auto eventualmente te dejará varado. Y esa es tu predicción. En el mantenimiento predictivo el principio es el mismo, pero a diferencia del auto, no siempre estamos cerca de las máquinas para poder escuchar los ruidos, además de que gran parte de estos son inaudibles. Para esto existen los analizadores, que con precisión te dirán qué amplitud tienen esos “ruidos” y como se comportan a lo largo del tiempo.
Mantenimiento Proactivo
El mantenimiento proactivo es una nueva tendencia que pretende, no sólo predecir que la máquina va a fallar, sino también especificar con exactitud la causa por la que va a fallar.
Existen diversas formas de abordar el mantenimiento proactivo. La mayoría se basan en rastrear las frecuencias en particular del espectro responsables de que la vibración total esté aumentando. El problema es que un espectro normal puede estar conformado por 400 hasta 200,000 puntos y rastrear la tendencia de cada uno de esos puntos puede llegar a ser muy complicado y difícil de visualizar.
Las Bandas de octavas son espectros FFT simplificados con un número estándar de líneas, usualmente entre 8 y 32. Sirven para poder rastrear el comportamiento a través del tiempo de cada sección de los espectros grabados. De esta manera se puede saber que componente de la máquina se está deteriorando con mucho mayor precisión.
