¿Cómo se Mide la Vibración?
En esta sección responderemos a estas preguntas.Después de leer esta sección, podrá::
- Reconocer qué máquinas deben monitorizarse
- Comprender cómo se deben montar los sensores de vibración
- Determinar cómo deben establecerse los parámetros de medición
- Realice mediciones de forma sistemática
¿Qué Máquinas necesitan supervisión?
A la hora de decidir qué máquinas supervisar, se debe dar prioridad a las máquinas críticas sobre otras máquinas. Esto es lo mismo que vigilar la salud de las personas. Es inapropiado vigilar de cerca la salud de personas perfectamente sanas, y luego abandonar el monitoreo de otras personas que realmente lo necesitan. Lo mismo se aplica cuando se supervisa el estado de las máquinas.
En general, los siguientes tipos críticos de máquinas deben monitorizarse regularmente para evitar problemas inesperados y costosos:
(a) Máquinas que requieren reparaciones costosas, prolongadas o difíciles si se descomponen
(b) Máquinas que son críticas para la producción o las operaciones generales de la planta
(c) Máquinas que se sabe que sufren daños con frecuencia
(d) Máquinas que están siendo evaluadas por su confiabilidad
(e) Máquinas que afectan la seguridad humana o ambiental
¿Cómo funciona el Instrumento?
Antes de realizar una medición de vibraciones, debe conectar un sensor que pueda detectar el comportamiento de las vibraciones a la máquina que se está midiendo. Hay varios tipos de sensores de vibración disponibles, pero normalmente se usa un tipo llamado acelerómetro, ya que ofrece ventajas sobre otros sensores. Un acelerómetro es un sensor que produce una señal eléctrica que es proporcional a la aceleración del componente vibratorio al que está conectado el acelerómetro.
¿Qué es la aceleración de un componente vibratorio? Es una medida de la rapidez con la que cambia la velocidad del componente.
La señal de aceleración producida por el acelerómetro se transmite al instrumento que, a su vez, convierte la señal en una señal de velocidad. Dependiendo de la elección del usuario, la señal se puede mostrar como una forma de onda de velocidad o un espectro de velocidad. Un espectro de velocidad se deriva de una forma de onda de velocidad por medio de un cálculo matemático conocido como Transformada Rápida de Fourier o FFT.
El siguiente diagrama es una explicación muy simplista de cómo se adquieren los datos de vibración. Es posible que desee consultar otras publicaciones, como la Guía de Referencia de instrumentos de la Serie VB, para obtener más información.
¿Cómo se monta el Acelerómetro?
La mayoría de las máquinas incluyen mecanismos giratorios. Motores, bombas, compresores, ventiladores, transportadores de banda, cajas de engranajes, todos implican mecanismos giratorios y se utilizan con frecuencia en máquinas.
La mayoría de los mecanismos giratorios, a su vez, tienen rodamientos que soportan el peso de las piezas giratorias y soportan las fuerzas asociadas con el movimiento giratorio y la vibración. En general, los rodamientos soportan grandes cantidades de fuerza. No es de extrañar que los rodamientos sean a menudo el lugar donde se produce el daño y donde se desarrollan los primeros síntomas.
Por lo tanto, las mediciones de vibración se toman generalmente en los rodamientos de las máquinas, con acelerómetros montados en los rodamientos o cerca de ellos.
Dado que las conclusiones sobre el estado de las máquinas – y por lo tanto, si se arriesgan o no el dinero y la seguridad humana – dependen de la precisión de las mediciones, debemos ser muy cuidadosos con la forma en que se toman las mediciones. Es importante recordar siempre que la forma en que montamos el acelerómetro determina en gran medida la precisión de las mediciones.
¿Cómo se deben montar los acelerómetros para garantizar que las mediciones sean precisas y cómo podemos hacerlo de forma segura? Estas son algunas pautas:
(a) Monte lo más cerca posible del Rodamiento
Imagine a un médico que escuchara su corazón a través de ropa gruesa y colocara el estetoscopio más cerca de su riñón que de su corazón. Probablemente dudaría de su diagnóstico, ya que lo estaría basando en sonidos distorsionados por obstrucción indebida y ruido de otros órganos.
Al medir la vibración, siempre debemos colocar el acelerómetro lo más cerca posible del rodamiento. Más específicamente, debemos colocarlo lo más cerca posible de la línea central del rodamiento para evitar captar señales distorsionadas.
(b) Asegúrese de que el Acelerómetro esté Firmemente unido
Para que el acelerómetro detecte el verdadero comportamiento de vibración, debe experimentar exactamente el mismo movimiento vibratorio que el componente vibratorio. Por lo tanto, debe fijarse firmemente un acelerómetro al componente vibratorio para que no se balancee ni se mueva independientemente del componente. Un acelerómetro montado libremente produce señales distorsionadas por sus propios movimientos independientes y, por lo tanto, transmite un mensaje incorrecto.
Existen varios métodos de montaje, pero el montaje por medio de un imán es el más popular, ya que ofrece un equilibrio entre la fiabilidad de la medición y la comodidad para el usuario. El montaje magnético suministrado en el kit Commtest vb se puede acoplar de forma muy sólida5 , al tiempo que permite al usuario medir varias máquinas utilizando el mismo acelerómetro, con un tiempo mínimo dedicado a conectar y desconectar el acelerómetro.
Para asegurarse de que el acelerómetro esté firmemente unido, debe pegarse a una superficie de montaje magnética que sea uniforme. El soporte magnético debe colocarse firmemente en la superficie con el acelerómetro colocado en la orientación prescrita.
Para que la superficie sea uniforme, debe estar libre de escombros, óxido y pintura descamada.
La superficie de montaje debe ser verdaderamente magnética (aleaciones de hierro, níquel o cobalto). El montaje magnético no debe, por ejemplo, fijarse a una superficie de aluminio en virtud del hierro debajo de la superficie de aluminio.
Para evitar la pérdida de magnetismo, el montaje magnético no debe caerse ni calentarse. También se debe tener cuidado de no pelar la rosca del acelerómetro y el montaje magnético.
(c) Asegúrese de que el Acelerómetro esté Orientado Correctamente
Diferentes situaciones requieren que el acelerómetro esté orientado de manera diferente. Por ejemplo, para detectar desalineaciones paralelas, el acelerómetro generalmente se monta en la dirección radial de los rodamientos, pero para detectar desalineaciones angulares, el acelerómetro debe montarse en la dirección axial.
La señal producida por el acelerómetro depende de la orientación en la que se monta el acelerómetro, ya que la amplitud (cantidad) de vibración varía en diferentes direcciones.
(d) Montar el mismo acelerómetro en la Misma ubicación
Para un punto de medición en particular, es importante montar siempre el acelerómetro en la misma ubicación para minimizar las inconsistencias de medición que puedan llevar a conclusiones erróneas. Siempre que sea posible, utilice siempre el mismo acelerómetro para un punto de medición en particular.
(e) Montar el acelerómetro en algo Sustancial
El acelerómetro nunca debe montarse en una parte muy flexible de la máquina, ya que el espectro se distorsionará por el aleteo de la parte flexible.
El acelerómetro nunca debe usarse en estructuras que sean muy ligeras, ya que el peso del acelerómetro y el montaje magnético distorsionarán el comportamiento de vibración de la estructura. En general, el peso combinado del acelerómetro y el montaje magnético debe ser inferior al 10% del peso de la estructura vibratoria.
(f) Tenga cuidado con el acelerómetro
Si el acelerómetro se trata aproximadamente, puede producir señales no confiables. Debido a la resistencia de la montura magnética, debe tener cuidado al colocar el acelerómetro en una superficie de montaje. Esto se puede lograr acercándose a la superficie de montaje con el montaje magnético inclinado en ángulo. Al separar el montaje magnético, no debe utilizar el acelerómetro como palanca para romper el contacto. En su lugar, el montaje magnético debe agarrarse firmemente y luego inclinarse hacia los lados para romper el contacto.
El cable del acelerómetro nunca debe torcerse de forma aguda, sino que debe anclarse de manera que evite que se dañe. Los cables retorcidos o giratorios pueden distorsionar el espectro medido.
(g) Cuidar de la Seguridad Personal
Debe manejar los peligros en todo momento. Al tomar mediciones de vibraciones, tres tipos de peligros destacan en probabilidad o gravedad: lesiones por piezas móviles, descargas eléctricas y daños inducidos por imanes.
En primer lugar, al montar el acelerómetro, debe tener cuidado de evitar que el cable se enrede con la maquinaria en movimiento. Si bien el conector de liberación rápida minimiza este peligro, no se debe confiar en él como sustituto de una instalación correcta.
Otras cosas que podrían enredarse con la maquinaria en movimiento incluyen ropa suelta, cabello largo, cables de transferencia de datos y correas.
En segundo lugar, nunca debe conectar el acelerómetro a ninguna superficie de alto voltaje, ya que esto puede causar una descarga eléctrica.
En tercer lugar, nunca debe llevar el montaje magnético cerca de objetos sensibles a los imanes, como marcapasos, tarjetas de crédito, disquetes, cintas de vídeo, cintas de casete y relojes, ya que estos artículos pueden dañarse por campos magnéticos.
Hay otros peligros posibles. Debe leer y comprender a fondo la Guía de referencia de instrumentos de la Serie VB antes de utilizar el instrumento o los accesorios que lo acompañan.
¿Cómo se establecen los parámetros?
¿Qué son los parámetros de medición?
Los parámetros de medición son los detalles que especifican cómo se debe tomar una medición. Al especificar los parámetros de medición, especificamos cómo se recopilarán y procesarán los datos antes de que se nos presenten. Antes de realizar una medición de vibraciones, debemos especificar qué parámetros se utilizarán.
Los parámetros para la medición de vibraciones pueden compararse con los detalles de «qué y cómo» que un médico debe especificar antes de realizar una prueba médica.
Ahora veremos cómo se establecen los parámetros de medición cuando medimos un espectro. Para el resto de esta sección, utilizaremos el instrumento Commtest vb como ejemplo de instrumento de monitoreo de vibraciones para nuestras discusiones, ya que es un instrumento particularmente simple de usar. Por ejemplo, los valores de los parámetros de medición predeterminados (excepto el valor Fmax predeterminado) son adecuados para tomar la mayoría de las mediciones de vibración, de modo que en la mayoría de las situaciones, es necesario ajustar pocos o ninguno de los valores de los parámetros predeterminados. Estos parámetros son los que se muestran en la pantalla de Parámetros establecidos del instrumento vb, con ‘dominio’ establecido en ‘frecuencia’.
¿Cuáles son algunos de estos valores de parámetros de medición y qué significan?Los parámetros utilizados para medir los espectros de vibración pueden dividirse en cuatro clases, a saber, parámetros que determinan:
(a) Cómo se recopilan los datos
(b) Cuánto o qué tan rápido se recopilan los datos
(c) Cómo se procesan los datos
(d) Cómo se muestran los datos
(a) Cómo se recopilan los datos
Los parámetros que determinan cómo se recopilan los datos son «Tipo de desencadenador» y los parámetros enumerados en «Configuración del sensor».
‘Tipo de disparador’ es el parámetro que indica al instrumento cómo comenzar a medir. Si se establece en «Free run», el instrumento tomará mediciones de forma continua. Si se establece en «Single», solo tendrá lugar un ciclo de medición. En la mayoría de los casos, el instrumento se puede configurar en «Free run».
Los parámetros en «Configuración del sensor» informan al instrumento qué tipo de acelerómetro se está utilizando para tomar mediciones. Si se utiliza el acelerómetro de tipo ICP ® suministrado en el kit vb, la «corriente de accionamiento» debe encenderse y la «Sensibilidad» del acelerómetro debe coincidir con la especificada en la Tarjeta de Garantía de Calidad vb. El «tiempo de sedimentación» es el tiempo necesario para que el acelerómetro y el instrumento se asienten antes de que las mediciones puedan realizarse con precisión. Debe utilizar el valor predeterminado de «tiempo de ajuste» (que varía con el valor Fmax) para garantizar la precisión de la medición.
(b) Cuánto o Qué tan rápido se recopilan los Datos
Los parámetros que determinan cuánto o qué tan rápido se recopilan los datos son los parámetros «Fmax», «Líneas espectrales» y «Porcentaje de superposición».
En la sección 2, observamos que cuanto mayor es el Fmax, mayor es el rango de frecuencia sobre el cual se puede obtener información del espectro.6
Por lo tanto, si el valor Fmax es alto, los datos se muestran hasta altas frecuencias de vibración. Para obtener información sobre frecuencias de vibración elevadas, la frecuencia de medición, o la velocidad de los datos de muestreo, también debe ser alta. Como resultado, cuanto mayor sea el Fmax, más rápida será la medición.
Cuantas más líneas espectrales tenga un espectro, más información se puede obtener de él. Esto significa que cuantas más líneas espectrales haya, más datos se necesitan recopilar para generar la información adicional y, por lo tanto, más tiempo tomará la medición.
¿Qué Valor Fmax se debe Utilizar?
Cuanto mayor sea la velocidad de funcionamiento de la máquina, mayores serán sus frecuencias de vibración y mayor será el Fmax para capturar el comportamiento de vibración en esas altas frecuencias.
Para vibraciones que no involucran dedos giratorios, como dientes de engranajes, aspas de ventilador, paletas de bomba y elementos de cojinetes, un valor Fmax igual a 10 veces la velocidad de funcionamiento suele ser suficiente para capturar toda la información crucial.
Por ejemplo, si la velocidad de funcionamiento es de 10 000 rpm, entonces un valor Fmax de 100 000 cpm (100 kcpm) es probablemente suficiente.
Para vibraciones que involucran elementos con dedos, como engranajes, ventiladores, bombas y rodamientos de rodillos, un valor Fmax igual a 3 veces el número de dedos multiplicado por la velocidad de funcionamiento suele ser suficiente para capturar toda la información crucial.
Por ejemplo, para un engranaje accionado por un piñón de 12 dientes que gira a 10 000 rpm, un valor Fmax de 360 000 cpm (360 kcpm) es probablemente suficiente.
Si el valor Fmax requerido es muy grande, la resolución del espectro será baja y la información relativa a frecuencias de vibración bajas puede perderse. Puede ser necesario tomar algunas mediciones de Fmax bajo además de la medición de Fmax alto.
¿Cuántas Líneas Espectrales se Deben Usar?
En la mayoría de los casos, 400 líneas de resolución son suficientes. Sin embargo, si se utiliza un valor Fmax grande, las líneas se extenderán en un rango de frecuencia grande, dejando grandes espacios entre líneas. Por lo tanto, para valores Fmax grandes, es posible que se necesiten más líneas espectrales para evitar la pérdida de detalle.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que cuantas más líneas espectrales se utilicen, más tiempo tomará la medición y más espacio de memoria del instrumento se ocupará. Por lo tanto, solo debe utilizarse un valor Fmax elevado o un número elevado de líneas espectrales cuando sea necesario.
¿Cuánta Superposición debo usar?
Los datos superpuestos son un medio de reutilizar un porcentaje de una forma de onda medida previamente para calcular un nuevo espectro. Cuanto mayor sea el’ porcentaje de superposición’, menos datos recién adquiridos se necesitan para generar un espectro y, por lo tanto, más rápido se puede mostrar el espectro. la superposición del 50% es ideal para la mayoría de los casos.
(c) Cómo se procesan los datos
Los parámetros que determinan cómo se procesan los datos son los parámetros ‘Tipo promedio’,’ Número de promedios ‘y’Tipo de ventana’.
Imagine que tuvo que medir con precisión el ancho de las páginas de este libro. Debido a que el ancho puede variar ligeramente de una página a otra, probablemente mediría no solo el ancho de una página, sino el de unas pocas páginas y luego tomaría el promedio.
De manera similar, cuando se mide la vibración, generalmente se miden varios espectros y luego se promedian para producir un espectro promedio. El espectro medio representa mejor el comportamiento de vibración, ya que el proceso de promediación minimiza el efecto de variaciones aleatorias o picos de ruido inherentes a la vibración de la máquina.
El parámetro ‘Tipo promedio’ determina cómo se promedian los espectros. En la mayoría de los casos, se recomienda el promedio «lineal». El promedio ‘exponencial’ generalmente se usa solo si el comportamiento de la vibración varía significativamente con el tiempo. La ‘retención de pico’ no implica realmente promediar, sino que hace que se muestre la amplitud (la más grande) del peor caso para cada línea espectral.
El parámetro «Número de promedios» determina el número de espectros consecutivos utilizados para promediar. Cuanto mayor sea el número de espectros utilizados para promediar, más picos de ruido se suavizarán y se representarán con mayor precisión los verdaderos picos espectrales.
Sin embargo, cuanto mayor es el número de promedios, más datos se necesitan recopilar y, por lo tanto, más tiempo se tarda en obtener el «espectro promedio». Un «Número de medias» de 4 es suficiente para la mayoría de los casos.
Los datos recopilados generalmente no se utilizan directamente para generar un espectro, pero a menudo se modifican de antemano para satisfacer ciertas limitaciones del proceso FFT (el proceso que transforma los datos en un espectro). Los datos generalmente se modifican multiplicando con una ventana de corrección. Esto evita que las líneas espectrales se «manchen» o se «filtren» entre sí.
‘tipo de Ventana’ es el parámetro que determina el tipo de ventana que se utiliza. Normalmente se usa la ventana «Hanning». Si se utiliza la ventana «rectangular», los datos no se modificarán efectivamente.
(d) Cómo se muestran los datos
Los parámetros que determinan cómo se mostrará el espectro se enumeran en «Unidades de visualización».
Para especificar cómo se mostrará el espectro, es necesario especificar la escala del espectro. La escala del espectro determina la facilidad con que se pueden ver los detalles espectrales, y está definida por los parámetros ‘Escala de amplitud’, ‘Referencia vdB’, ‘Rango de registro’ y ‘Velocidad máxima.
En la mayoría de los casos, la «escala de amplitud» puede ser «Lineal». Si se utiliza una escala de amplitud lineal, los parámetros «referencia vdB» y «Rango logarítmico» no tienen ninguna consecuencia (y, por lo tanto, no es necesario establecerlos).
En general, debe configurar ‘Velocity max’ en ‘Automático’ para permitir que el instrumento seleccione automáticamente una escala de amplitud ideal que permita ver claramente los picos espectrales.
Para especificar cómo se mostrará el espectro, también es necesario especificar el ‘tipo de amplitud’ que se utilizará. En la sección 2 (página 18), definimos dos tipos de amplitud: amplitud de pico y amplitud de rms.
Si se utiliza la amplitud «Ø-pico» (o «pico»), el espectro mostrará la velocidad máxima alcanzada por el componente vibratorio en las diversas frecuencias de vibración.
Por otro lado, si se utiliza la amplitud «rms», en su lugar se mostrará una cantidad indicativa de energía de vibración en las diversas frecuencias.
Para espectros de vibración, la amplitud de pico en una frecuencia particular es exactamente √2 veces (aproximadamente 1,4 veces) la amplitud rms en esa frecuencia. Por lo tanto, el tipo de amplitud que se utiliza no es realmente importante, ya que las conversiones de ampli-dad 7 se pueden realizar fácilmente.
Le recomendamos que utilice siempre el mismo tipo de amplitud para un punto de medición en particular para evitar interpretaciones erróneas. Un cambio de la amplitud de rms a la amplitud de pico causa un aumento aparente de la amplitud de vibración que podría interpretarse erróneamente como deterioro de la máquina. Por otro lado, un cambio de la amplitud de pico a la amplitud de rms podría ocultar un aumento genuino de la amplitud de vibración.
Finalmente, también es necesario especificar las unidades de amplitud y frecuencia que se utilizarán en el espectro. Qué unidades deben usarse es realmente una cuestión de elección personal, o más a menudo, de ubicación geográfica.
En América del Norte, la unidad de velocidad generalmente utilizada (para escalas de velocidad lineal 8) es in/s, y una unidad de frecuencia comúnmente utilizada es kcpm (kilociclos por minuto).
En otras partes del mundo, la unidad de velocidad y la unidad de frecuencia generalmente utilizadas son mm/s y Hz respectivamente. A continuación se muestran las relaciones entre las unidades9:
5 Cuando se tira perpendicularmente de la superficie de montaje, el montaje magnético del acelerómetro vb resiste con una fuerza de 22 kgf (48,4 lbf)
6 Un Fmax más alto no causa que se recopilen más datos, sino que hace que los datos se extiendan a través de un rango más amplio de frecuencias.
7 Para un espectro, la amplitud de pico es la amplitud rms. Esta relación generalmente no es válida para formas de onda.
8 Muchos analistas de vibraciones prefieren la unidad de velocidad logarítmica vdB. Sin embargo, la discusión sobre escalas y unidades logarítmicas está más allá del alcance de este libro.
9 Hemos redondeado la conversión in / s ø-pico, mm / s rms a 18. La relación correcta es de 17,96.
De la Guía para principiantes de Vibración de máquinas, copyright © Commtest 1999, 2006.
Revisado el 28/06/06
Para averiguar cómo configurar su propio programa de monitoreo de vibraciones de la máquina, póngase en contacto con Commtest Instruments Ltd o uno de nuestros representantes para una demostración de un sistema de monitoreo de vibraciones de la serie VB. Para obtener la dirección de su representante más cercano, visite nuestro sitio web en http://www.commtest.com