UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE MECANICA PUNTA ARENAS

TECNICAS DE DIAGNOSTICOS DE DAÑOS INCIPIENTES EN RODAMIENTOS.

Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el Titulo de Ingeniero Ejecución en Mecánica.

Profesor Guía: Sr. Héctor Aguila Estrada

ALEX JORGE ALVAREZ RAMIREZ 2005

RESUMEN.

El presente trabajo de titulación ha sido desarrollado con un claro propósito: el configurar la técnica para el análisis de fallas incipientes en rodamientos, conocida como Peakvue. Pero, para poder desarrollar de una buena forma este propósito, no solo se limito a verificar esta técnica, sino que además se estudiaron las otras técnicas que se encuentran en el mercado para el control de este tipo de fallas. Aquí también se encuentra un detalle de los desperfectos más comunes en los rodamientos. El propósito de la configuración fue dado por la Empresa Nacional del Petróleo ENAP, por intermedio de su sección de Mantenimiento Predictivo, los cuales cuentan el software de vibraciones y con la técnica del Peakvue. Por lo que se hace necesario un estudio y la configuración de la técnica. Aquí se encontrara todo lo necesario para cumplir con dicho propósito como así también los argumentos necesarios para poder entender el por que se estudia tanto el tema del monitoreo de los rodamientos, elementos tan importantes dentro del buen funcionamiento de una maquina.

INDICE. CAPITULO 1 “Generalidades de la obra” 1.1

Introducción...............................................................................................1

1.3

Objetivos. .................................................................................................2

1.3.1 Objetivo general........................................................................................2 1.3.2 Objetivos específicos................................................................................2 1.4

Alcance de la obra....................................................................................2

CAPITULO 2 “Estudio de las causas raíces de las fallas en los rodamientos”. 2.1

Introducción al estudio de las causas raíces de fallas en rodamientos………...................................................................................4

2.2

Estadística de falla de los rodamientos según los fabricantes.................4

2.2.1 Falla por contaminación............................................................................6 2.2.2 Falla por problemas de lubricación...........................................................6 2.2.3 Falla por montaje incorrecto......................................................................7 2.3

Frecuencia de falla de los rodamientos....................................................8

2.4

Cuatro etapas de una falla en rodamiento (deterioro progresivo)..........10

CAPITULO 3 “Caracterización de fallas típicas en rodamientos”. 3.1

Introducción a la caracterización de fallas típicas en rodamientos………….............................................................................14

3.2

Principales deterioros de los rodamientos..............................................14

3.2.1 Exfoliacion por fatiga...............................................................................14 3.2.2 Exfoliacion superficial..............................................................................15 3.2.3 Agripado..................................................................................................16 3.2.4 Huellas por deformación.........................................................................17 3.2.5 Falso efecto Brinell (abrasión)................................................................18 3.2.6 Desgaste.................................................................................................19 3.2.7 Cráteres y estrías....................................................................................20 3.2.8 Golpes, fisuras y rupturas.......................................................................21 3.2.9 Corrosión por contacto............................................................................22 3.2.10 Corrosión.................................................................................................23 3.2.11 Deterioros en las jaulas...........................................................................24

3.2.12 Verdadero efecto Brinell..........................................................................25 3.2.13 Sobrecarga excesiva...............................................................................26 3.2.14 Resumen de las posibles fallas en los rodamientos...............................27 Capitulo 4 “Técnicas de análisis para detectar fallas en rodamientos” 4.1

Introducción a las técnicas de análisis para detectar fallas en rodamientos…....................................................................................28

4.2

Señales moduladas.................................................................................28

4.3

Análisis con zoom real............................................................................30

4.4

Método de demodulación........................................................................31

4.5

Método Ceptrum.....................................................................................33

4.5.1 Algunas ventajas del ceptrum frente al análisis espectral......................35 4.6

Método del factor de cresta....................................................................36

Capitulo 5 “Peakvue”. 5.1

Introducción al Peakvue..........................................................................38

5.2

La actualidad del mantenimiento Predictivo............................................38

5.3

Descripción de la técnica Peakvue.........................................................39

5.4

Utilización de filtros pasa altos................................................................41

5.5

Calculo de la frecuencia máxima de muestreo.......................................44

5.6

Configuración del Peakvue en el software de análisis............................45

5.6.1 Creación del punto de Peakvue en la maquina elegida..........................45 5.6.2 Configuración del parámetro de adquisición...........................................50 5.6.3 Configuración de los límites de alarmas.................................................53 5.7

Aspectos importantes de tener en cuenta en el trabajo con Peakvue....55

CAPITULO 6 “Análisis experimental”. 6.1

Introducción al capitulo………………………………………………………57

6.2

Descripción de la experiencia realizada en el banco de pruebas………57

6.3

Descripción de herramientas y equipos utilizado en la experiencia……58

6.4

Muestra y Análisis de los datos obtenidos………………………………...62

6.5

Análisis comparativo entre Peakvue y otras técnicas en función a variables como velocidad, cantidad de daño y carga…………………….67

6.5.1 Análisis de las técnicas de detección de fallas en rodamientos en función a la velocidad…………………………………………………….68

6.5.2 Análisis de las técnicas de detección de fallas en rodamiento en función a la cantidad de daño………………………………………………77 6.5.3 Variación de la cantidad de la carga sobre los soportes………………...83 6.6

Implementación en casos reales…………………………………………...83

6.6.1 Espectro de una bomba con desperfectos incipientes en uno de sus Rodamientos………………………………………………………………….83 6.6.2 Importancia de la buena ubicación del sensor para efectuar una muestra…………………………………………………………………..85 6.6.3 Nota de la implementación de Peakvue en casos reales………………..87 6.7 Espectros aportados por otros analistas…………………………………….88 CAPITULO 7 “Discusiones y conclusiones”. 7.1

Conclusiones………………………………………………………………….90

7.2

Conclusiones de variar la velocidad………………………………………..90

7.3

Conclusión de variar la cantidad de daño………………………………...92

7.4

Ventajas de trabajar con Peakvue………………………………………….92

7.5

Desventajas del trabajo con Peakvue……………………………………..93

ANEXOS Anexo 1. “Configuración del Peakvue”…………………………………………..94 Anexo 2. “Apunte de falla en maquinas”……………………………………….100 Anexo 3.

“Tipos de rodamientos”………………………………………………110

Anexo 4.

“Vida útil de los rodamientos”……………………………………….115

Anexo 5.

“Tipos de mantenimiento”…………………………………………....118

Anexo 6.

“Tipo de fijación del sensor”…………………………………………119

Referencias…………………………………………………………………………121

CAPITULO 1 “GENERALIDADES DE LA OBRA”

1.1 INTRODUCCION. Dado que los rodamientos siempre están expuestos a un gran desgaste, contaminación y a un mal montaje, se considera importante abordar el tema en este trabajo. Más aun si se toma en cuenta que, en un tren de producción la detención de una maquina puede provocar grandes pérdidas a una empresa, entonces, anteponerse a este tipo de problemas es de real importancia, tanto para la confiabilidad de la planta, como para los costos asignados a una detención imprevista del tren de producción. Los rodamientos siempre están siendo controlados por su importancia en la maquina, es por esto que se han desarrollado varias técnicas para controlar su estado, pero sin duda la más ampliamente desarrollada por su exactitud en el control de daños en rodamientos es el análisis de vibraciones. Este trabajo toca en profundidad una de las técnicas que se utiliza hoy en día para el control de los rodamientos, comparándola en todo momento con otras que también trabajan en este propósito. Esto no es precisamente desmerecer las otras técnicas en mención a la que se estudia en profundidad y que se esta tratando de implementar, pero se hace necesario conocer las bondades y falencias de esta técnica a implementar respecto a otras que trabajan en la misma área. La técnica escogida para el desarrollo del tema es el Peakvue, y uno de los objetivos de este trabajo es poner en marcha esta técnica para el control incipiente de fallas en rodamientos. En el transcurso de esta obra se estudiaran en detalle algunas de las técnicas que se utilizan para el control de fallas incipientes en los rodamientos, así como también una muestra de los desastres que provoca un descuido en las condiciones de operación de estos elementos de maquina.

Por ultimo, en esta tesis se tocan otros aspectos de importancia, como los cálculos para la configuración de la técnica utilizada, entre otros temas para el buen funcionamiento de la misma. 1.2 OBJETIVOS. 1.2.1 Objetivo general. •

Conocer y evaluar las técnicas que se pueden manejar con el colector CSI 2120, para analizar incipientemente daños en rodamientos.

•

Aportar los conocimientos necesarios para la implementación de Peakvue como herramienta en el control de fallas incipientes en rodamientos.

•

Estudiar la efectividad de la técnica Peakvue en el análisis y diagnostico de daños en rodamientos.

1.2.2 Objetivos específicos. •

Estudiar cuales son las fallas características de los rodamientos.

•

Dar a conocer las técnicas de vibración que se utilizan hoy en día en la industria para el control de fallas incipientes en rodamientos.

•

Comparar la técnica que se desea implementar (Peakvue), con las otras existentes en el colector CSI 2110.

1.3 ALCANCE DE LA OBRA. Como ya se ha explicado anteriormente en este mismo capitulo, este texto tiene la finalidad de implementar la técnica Peakvue para el control de fallas incipientes en rodamientos. Como es sabido, una falla en los rodamientos puede tener una

acción

catastrófica en la maquina a la cual pertenece. Debido a esto, es que, el control desde una etapa bastante incipiente del problema, es sumamente importante.

Más aun si los rodamientos pertenecen a las denominadas maquinas críticas del circuito productivo. Lo que se pretende conseguir al finalizar este trabajo es facilitar los conocimientos necesarios para ser capaz de implementar la técnica del Peakvue, conociendo además, sus ventajas y sus desventajas con respecto a las otras técnicas que se dedican a la búsqueda de fallas incipientes. Por otro lado, con este trabajo de titulación, se aspira a aportar los conocimientos necesarios para implementar la técnica del Peakvue y para el análisis posterior de los resultados obtenidos.

CAPITULO 2 “ESTUDIO DE LAS CAUSAS RAICES DE LAS FALLAS EN RODAMIENTOS”

2.1 INTRODUCCION AL ESTUDIO DE LAS CAUSAS RAICES DE LAS FALLAS EN LOS RODAMIENTOS Este capitulo es importante porque comprende un estudio realizado a los rodamientos y las “causas raíces” que son las responsables de las fallas de los rodamientos. Además se encuentran los potenciales casos de falla. Las causas raíces no son las detectadas por las técnicas de diagnóstico, estas técnicas detectan los efectos de las causas raíces que, para este estudio, se quiere detectar en una etapa incipiente para otorgar el tiempo suficiente al mantenimiento para programar la detención de la maquina. Estos datos que son aportados por las empresas fabricantes de rodamientos, son bastante asertivos. Aquí se presentan algunos ejemplos de rodamientos dañados, identificándolos con las fallas que produjo dicho daño. Antes de dar el paso a este capitulo, es importante mencionar que también se ha incluido en él la evolución que tienen las fallas incipientes de los rodamientos, como así también se exponen las frecuencias de fallas características para los rodamientos.

2.2 ESTADÍSTICAS DE FALLAS DE RODAMIENTOS SEGÚN LOS FABRICANTES. La importancia que tienen los rodamientos en la industria hoy en día es altísima, una falla catastrófica en ellos fuera de los tiempos pronosticados de vida útil y provoca, inevitablemente, una pérdida de producción. Por ende se producen dos gastos: la perdida de producción y el gasto propiamente tal de reparación del equipo dañado. Por eso, detectar el estado de los rodamientos y preveer las fallas en un estado

incipiente, otorga el tiempo para programar su reparación, incluso

esto se puede hacer coincidir con los periodos de baja

producción

minimizando aun mas las perdidas. Al comparar esta situación casi ideal versus una parada imprevista y la perdida de producción asociada a esta, es que resulta rentable para la industria actual, invertir en este tipo de estudios. Respecto a la búsqueda de los problemas que afectan a los rodamientos, estadísticamente se puede decir que, el porcentaje de rodamientos que vienen dañados de fábrica es muy bajo, debido a los sistemas de control de calidad de los fabricantes. Por lo que una falla de fábrica, si bien es posible, es poco probable. Es por eso que, la gran fuente de fallas de los rodamientos radica en otras condiciones que se pretenden exponer a continuación. La estadística mostrada en la figura 2.1 es para rodamientos de todas las marcas que fueron analizadas por el centro técnico de NSK (fabricantes de rodamientos) en Ann Arbor, Michigan en los Estados Unidos. Se puede ver que, la gran mayoría de los rodamientos no llegan a su vida útil calculada. La vida útil del rodamiento es afectada por muchos factores externos. Por lo tanto, se deben de tener estos factores en mente y estudiar maneras de reducir sus efectos a los rodamientos. De esta manera, la vida del rodamiento aumentará, reduciendo así los costos de la empresa.

Fig. 2.1 Estadística de fallas en rodamientos (Datos aportados por NSK)

Como se aprecia estadísticamente (según NSK), se puede hablar de tres grupos de factores que hacen que el rodamiento no llegue a su vida útil

calculada, los efectos visuales que deja la falla en los rodamientos es lo se aprecia en las imágenes siguientes. 2.2.1 Falla por contaminación (50%): En este grupo encuentran desde contaminaciones líquidas, como por ejemplo presencia de agua en lubricante del rodamiento, hasta contaminaciones sólidas, como partículas metálicas que son arrastradas por el lubricante al interior del rodamiento. En la figura

2.2 se aprecia las abolladuras en la pista

interna de un rodamiento de rodillos cónicos.

Fig. 2.2 Problema de contaminación adentro del rodamiento.

2.2.2 Falla por problemas de lubricación (30%): Este tipo de problemas, generalmente ocurre cuando la grasa con la que se lubrica es demasiado dura para la aplicación, aunque también existen otras, como una lubricación pobre o simplemente una no lubricación. En la figura 2.3 se observan las marcas en la pista interna de un rodamiento de rodillos cónicos.

Fig. 2.3 Problema de lubricación inicial inadecuada y grasa excesivamente dura.

Fig. 2.4 Lubricación inicial inadecuada y grasa excesivamente dura.

En la figura 2.4 se puede apreciar las ralladuras en las pistas producto de una lubricación inadecuada y grasa excesivamente dura.

Fig. 2.5 Lubricación inicial inadecuada y grasa excesivamente dura. 2.2.3 Falla por montaje incorrecto y otros (17%): En este grupo, según el estudio realizado por especialistas de NSK, se agruparon todas las demás anomalías que afectan el normal funcionamiento del rodamiento. Aspectos como un mal montaje; maltrato del rodamiento, tanto en el transporte como en el almacenamiento y mal ajuste del rodamiento en su alojamiento, son los mas frecuentes de encontrar. En las siguientes imágenes de aprecia las practicas inequívocas y sus resultados.

Fig., 2.6 Grafica de un mal montaje, en el que el rodamiento entra apretado en el eje, por lo que los elementos estampan su forma en las pistas.

Fig. 2.7 Problema de montaje incorrecto (montaje en el eje aplicando presión al aro externo)

Fig. 2.8 Problema de impacto por caída del rodamiento antes de ser utilizado

2.3 FRECUENCIA CARACTERISTICA DE FALLAS EN LOS RODAMIENTOS. Los rodamientos, como se puede entender a estas altura, tienen muchos usos en la maquinaria moderna, se los puede encontrar en motores, turbinas a gas, bombas y otras gran cantidad de maquinas. En adelante se visualizaran

los deterioros a los que están expuestos los

rodamientos, pero para identificar estos en el espectro y realizar un buen análisis, es que se identifican las frecuencias características de falla para cada rodamiento. Cada elemento (pieza) del rodamiento, posee una frecuencia característica de falla según sean sus características dinámicas. En todos los casos los rodamientos están compuestos por cuatro elementos: la pista interna, los

elementos rodantes, la jaula y la pista externa. Cada una con su propia frecuencia característica de falla asignada. Las frecuencias características de fallas, no son más que una forma de identificar donde se encuentra localizada la falla en el interior del rodamiento. La siguiente tabla menciona las frecuencias características de un rodamiento.

Nomenclatura

Localización de las falla

BPFO (ball pass frequency of the outer race)

Frecuencia de paso de los elementos rodantes por un defecto en la pista externa.

BPFI (ball pass frequency of the inner race)

Frecuencia de paso de los elementos rodantes por un defecto en la pista interna.

FTF (fundamental train frecuency)

Frecuencia de rotación del porta elementos o jaula.

BSF (ball spin frequency)

Frecuencia de giro de los elementos rodantes.

Tabla 2.1 Descripción de fallas característica de los rodamientos

Existe también una expresión matemática para calcular cada una de estas frecuencias, que es muy útil para identificarlas en el espectro. Dichas expresiones se detallan en la siguiente tabla (2.2):

Tabla. 2.2 expresiones matemáticas que dan cuenta de fallas características de los rodamientos

Donde: RPM

= Frecuencia de rotación del eje (cpm).

Di

= Diámetro de la pista interna.

De

= Diámetro de la pista externa.

n

= Número de elementos rodantes.

dm

= Diámetro entre los centros de los elementos rodantes.

d

= Diámetro de los elementos rodantes.

β

= Ángulo de contacto.

Fig. 2.9 Esquema de las dimensiones de un rodamiento

2.3

CUATRO ETAPAS DE UNA FALLA EN RODAMIENTOS (DETERIORO PROGRESIVO).

Los rodamientos por lo general presentan una evolución de fallas bastante parecida entre si. Todas las fallas empiezan con una etapa incipiente donde solo se puede apreciar spike energy a una muy alta frecuencia. A medida que esta falla avanza en el tiempo se comienza a apreciar las modulaciones en torno a las frecuencias características del rodamiento. Cuando la falla ya es inminente se dejan ver excitadas las frecuencias características de los elementos del rodamiento a una baja frecuencia y si se deja continuar esta falla se observara en el espectro una vibración aleatoria en gran parte de él. A continuación se presenta esta evolución en los esquemas de los espectros.

Primera Etapa:

Fig. 2.10 Primera etapa de la falla (etapa incipiente)

Esta es la etapa más primitiva de todas, donde se hace presente los “Spike Energy”, ondas de esfuerzos. En esta etapa sobre los 2000 Hz, se presentan frecuencias de muy baja amplitud, casi despreciable en comparación de otras frecuencias menores que tienen amplitudes mayores como las que se pueden encontrar en la zona A, en las que se encuentran todas las frecuencia inherente al funcionamiento de la maquina, como por ejemplo la frecuencia de velocidad de giro o desperfectos de la maquina, como desalineamiento o desbalanceamiento.

Segunda Etapa:

Fig. 2.11 Segunda etapa la falla

En esta segunda etapa, ya aparece excitada la frecuencia natural de los rodamientos con ciertas bandas lateral a su alrededor, lo que deja en evidencia que existen señales que se están modulando. Estas frecuencias características se localizan en un rango de frecuencias que esta por sobre 500 Hz y antes de los 2000 Hz. Los Spike Energy aumenta. Se recomienda prestar atención, ya que el rodamiento comienza a experimentar desgaste. Tercera Etapa:

Fig. 2.12 Tercera etapa de la falla (falla catastrófica).

En esta etapa se presenta una falla catastrófica, el rodamiento se encuentra en desgaste progresivo, aparecen sus frecuencias naturales y mientras mas armónicos presentes de una de ellas, mas desgaste presentará este componente afectado.

El desgaste es notoriamente visible en esta etapa y se

hace necesario el cambio de los rodamientos en el tiempo inmediatamente posterior al control de vibraciones.

Cuarta Etapa:

Fig. 2.13 Cuarta etapa de la falla (daño en otros elementos de la maquina)

En esta etapa, las frecuencias características de falla comienzan a desaparecer y son reemplazadas por la presencia de frecuencia aleatoria, acompañada de ruido de fondo o levantamiento de piso. Esta etapa es, sin duda, la que se quiere evitar, ya que una maquina en estas condiciones de funcionamiento vera varios de sus elementos dañados a causa de los esfuerzos a la

que se ha visto sometida. Sin duda, una maquina

trabajando con uno de sus rodamientos en este estado, vera comprometido otros de sus elementos. Por lo que, la sustitución del rodamiento ya no bastara, sino que también esta maquina deberá ser sometida a una reparación mayor para cambiar otros elementos y verificar su estado general.

CAPITULO 3 “CARACTERIZACION DE FALLAS TIPICAS EN RODAMIENTOS”

3.1 INTRODUCCION A LA CARACTERIZACION DE FALLAS TIPICAS EN RODAMIENTOS. Después de haber comentado en el capítulo anterior acerca de variados aspectos generales del tema, como una estadística de datos referente a agrupar las fallas de los rodamientos, las frecuencias típica de falla de estos y por ultimo observar cómo es la evolución de una falla incipiente, es que se presenta este capitulo, ya un poco mas teórico, donde se pretende mostrar la caracterización de las fallas encontradas a través de muchos estudios haciendo énfasis al comportamiento frecuencial de estos daños. Este material es una recopilación de datos aportados por varios autores que, con sus estudios, han llegado a obtener los aciertos que se presentan a continuación. Estos estudios aportan información teórica para enfrentar, posteriormente, la parte práctica donde se deben leer los espectros obtenidos con el fin de verificar el estado de los rodamientos. 3.2 PRINCIPALES DETERIOROS DE LOS RODAMIENTOS. Los rodamientos son elementos de maquinas que, por lo general, trabajan a altas velocidades, por lo que, cuando no se detecta a tiempo una falla se pueden tener resultados nefastos sobre la integridad de la maquina. Las fallas características pueden agruparse según su forma, dándoles un nombre para tener así una denominación de cada una ellas. 3.2.1 Exfoliación por fatiga. El aspecto de esta falla es de fisuras y arranque de fragmentos del material, de manera micro pero muy parecida a lo que pasa con el hormigón en mal estado. Esta falla puede ser causada por problemas de lubricación o de montaje.

Fig. 3.1 Defecto en pista interna

Esta falla se presenta en el espectro, con la alteración de una de las frecuencias de falla del componente afectado (pista interna, pista externa, jaula o elementos rodantes) y de algunos armónicos. Si esta falla se deja avanzar, lo mas seguro es que se extienda por todo el área correspondiente a las pistas de rodadura del rodamiento y se presentará un efecto aleatorio que, en medias frecuencias, puede verse como ruido de piso. Esto se puede apreciar en la figura 3.2, en que se presenta un espectro obtenido de un rodamiento con este tipo de falla.

Figura 3.2 Espectros característicos de una exfoliación por fatiga.

3.2.2 Exfoliación superficial. Esta falla provoca manchas en la superficie procedentes de arranques superficiales de metal, las que pueden ser producidas por lubricación inadecuada. Esto quiere decir que la lubricación es pobre o simplemente no existe, como también se puede referir a que la grasa ocupada para lubricar no es de las características recomendada para la operación de este rodamiento, muestra de ello es lo que se puede apreciar en la figura 3.3.

Fig. 3.3 Marcas de la expoliación superficial en los elementos de un rodamiento.

Esta falla catastrófica se representa en el espectro por el efecto llamado, por algunos autores, “High Stack”. Esto se puede interpretar como un aumento de la amplitudes de los espectro de alta frecuencia. Este aumento sustancial de las amplitudes se agrupan alrededor de las frecuencia de fallas características de los rodamientos, esto se puede apreciar claramente en el espectro que se muestra a continuación (Figura 3.4).

Fig. 3.4 Efecto High Stack ocasionado por una Exfoliación superficial.

3.2.3 Agripado

Esta falla es ocasionada por calentamiento violento del rodamiento, lo que produce una deformación de los cuerpos rodantes. Puede ser producido por falta o exceso de lubricante, defectos de alojamiento, operación a velocidades excesivas y defectos de montaje

Fig. 3.5 Muestra evidente de un rodamiento Agripado. Aquí se aprecia esa coloración azulado típica de esta falla.

En el dominio frecuencial es posible observar esta falla por el fenómeno de “High Stack”, lo que indica que es una falla generalizada.

Fig. 3.6 Fenómeno de Hitg Stack, producido por un rodamiento a punto de agriparse.

3.2.4 Huellas por deformación. Las huellas en las pistas son producidas directamente por los elementos rodantes al incrustarse en ella. Aunque, si nos ponemos estrictos, los elementos rodantes también de dañan. Como en todos los casos que se han expuesto anteriormente la causa raíz de estos problemas son producidos por causas externas. En este caso especifico la causa de las anomalías, pueden ser como ejemplo: un mal montaje, un mal almacenaje, golpes o caídas. En al figura 3.7 se muestra un rodamiento dañado el la pista interior. Aquí se logra apreciar claramente que uno de los elementos rodantes marco su geometría en la pista probablemente por un mal montaje.

Fig. 3.7 Rodamiento dañado en la pista interior.

Por ser una falla localizada, se presenta en el espectro como la excitación de la frecuencia natural de falla del componente afectado. Cuando esta falla sigue avanzando, se convertirá en frecuencia aleatoria que invade el espectro. Como en los casos anteriores.

Fig. 3.8 Espectro de un rodamiento con una falla localizada.

3.2.5 Falso efecto BRINELL (Abrasión). Las marcas en los rodamientos hacen confundir este fenómeno con el verdadero efecto Brinell, que es cuando el material por el que esta compuesto el rodamiento es forzado hasta llegar al limite elástico. A diferencia del verdadero efecto Brinell, en este caso, el arranque de material por abrasión al nivel de los puntos de contacto internos del rodamiento. Puede ser producido por pequeños movimientos relativos entre los elementos rodantes y las pistas, lo que desplaza la capa de lubricante entre componentes.

Fig. 3.9 Marcar en rodamientos producidas por abrasión.

Este desperfecto puede ser apreciado a bajas frecuencias como también a altas frecuencias, en el primer caso se aprecian como un fenómeno llamado

“Plain Tail”, que se puede interpretar como frecuencias muy elevadas con respecto a las otras frecuencias mostradas en el espectro. En el segundo caso se puede observar como un High Snack, que es la elevación de las altas frecuencias, en una etapa incipiente del defecto. Esto se puede apreciar en la Fig. 3.10.

Fig. 3.10 Fenómenos de Plain Tail y de Hihg Snack, respectivamente.

3.2.6 Desgaste El desgaste generalizado de los cuerpos rodantes, de las pistas y de las jaulas, tiene aspecto de matiz grisáceo. Puede ser causado antes del tiempo estimado de vida útil del rodamiento por contaminación de polvo u otras sustancias abrasivas en el interior del rodamiento.

Fig. 3.11 desgaste excesivo del un rodamiento

Esta anomalía se presenta como “Plain Tail”, debido a que es una falla generalizada alrededor del rodamiento.

Fig. 3.12 Espectro característico de un desgaste generalizado y prematuro.

3.2.7 Cráteres y Estrías. Las picaduras continúas con bordes bien definidos o sucesiones de bandas estrechas paralelas, causadas por el paso de corriente eléctrica. Este caso se observa a menudo en los motores eléctricos que tienen mal aislado su embobinado. Aquí, como en otros de los casos de mantenimiento predictivo, es importante identificar la causa raíz del problema, ya que no es bueno cambiar los rodamientos del eje sin que antes no se aísla bien el embobinado del motor, que es el problema real. Los estragos de esta falla se aprecian en la figura 3.13.

Fig. 3.13 Rodamiento con evidencia de paso de corriente eléctrica durante su trabajo.

Es característico de esta falla que presente un espectro con un claro fenómeno de Higt Snack, lo cual es relativamente obvio. Si se piensa, los elementos rodantes pasan por una superficie sumamente irregular que genera pequeños golpes a muy alta frecuencia. Este fenómeno se puede apreciar en la figura 3.14.

Fig. 3.14 Higt Stack producido por fallas de Cráteres o Estrías.

3.2.8 Golpes, fisuras, ruptura. Los choques violentos, arranque de material en la superficie, fisuras, ruptura de los anillos. Generalmente son fallas asociadas a golpes y falta de cuidado durante el proceso de Montaje.

Fig. 3.15 Rodamiento golpeado.

Estas fallas son puntuales y son representadas en el espectro por los peak correspondientes a las frecuencias de falla del componente con problemas (pista interna, pista externa, elementos rodantes o jaula) y armónicos. Si se deja avanzar, esta falla puede expandir por todo el rodamiento y la caracterización del espectro se vuelve aleatoria.

Fig. 4.16 Espectro característico de un rodamiento con golpeado.

3.2.9 Corrosión de contacto. Cuando se trata de usar un rodamiento que no es compatible con el soporte, se produce una coloración roja o negra en las superficies de apoyo del rodamiento, en el diámetro interior y exterior, producto de un montaje flojo del rodamiento. Lo antes descrito se puede apreciar en la siguiente figura.

Fig. 3.17 Rodamiento con corrosión de contacto.

Esta falla se presenta en el espectro por el efecto “Plain Tail”, debido a que es

una falla generalizada.

Fig. 4.18 Espectro de un rodamiento dañado por Corrosión de contacto.

3.2.10 Corrosión. Cuando los rodamientos no están bien protegidos de las fuentes de corrosión, se produce una oxidación localizada o generalizada en el interior y en el exterior del rodamiento. Esta oxidación puede ser producida por un ataque químico que se produce sobre el material del rodamiento, por ejemplo contaminación por agua, la cual desplaza el lubricante. El crecimiento de esta falla puede incrementar el juego radial, con todos los daños posteriores inherentes a esta falla. La figura 3.19 muestra el aspecto de un rodamiento atacado por la corrosión.

Fig. 3.19 Pista interior de un rodamiento el que se puede apreciar el ataque corrosivo.

Esta falla, en una primera etapa, genera un espectro de la forma Higt Stack y cuando esta progresa, dañando prácticamente todo el rodamiento, se presenta

como un espectro Plain Tail, como los ejemplos que a continuación se muestran.

Fig. 3.20 Rodamiento Dañado por la corrosión de derecha a izquierda. Se aprecia primero un rodamiento ya muy dañado. En cambio, en el ejemplo de la izquierda, se aprecia un rodamiento con una falla ya manifiesta pero no tan desarrollada.

3.2.11 Deterioro de las jaulas. El deterioro de las jaulas tales como: deformación, desgastes, rupturas. Generalmente son producidos por problemas de lubricación, por mal montaje del rodamiento o por trabajar a una velocidad mayor a la que fue diseñado.

Fig. 3.21 Daño en la jaula de un rodamiento de rodillos cónicos.

Cuando un rodamiento presenta este tipo de fallas, espectralmente lo que pasa es que aparecen excitadas las frecuencias de fallas características, que tienen que ver con el elemento, a una baja amplitud ya que el daño esta avanzado. Esta frecuencia según el capitulo 2 recibe el nombre de frecuencia de rotación de jaula.

3.2.12 Verdadero efecto Brinell. Este efecto ocurre cuando la carga aplicada en el rodamiento excede el límite elástico del material de la pista. Las marcas Brinell son indentaciones producidas sobre las pistas a la separación de los elementos rodantes. Puede ser producido por sobrecarga estática, como así también puede ser producido por caídas antes del montaje y por golpes causados en el proceso de montaje.

Fig. 3.22 Pista exterior de un rodamiento afectado por el efecto Brinell.

La representación de este fenómeno en el espectro de vibración, es similar al presentado por el falso efecto Brinell (Presencia de High Stack en altas frecuencias).

Fig. 3.23 Espectro de un rodamiento con daño por el efecto Brinell.

Es importante para estos fenómenos (efecto Brinell y el Falso efecto Brinell), identificar la causa raíz del problema, ya que esta es la única forma de eliminarlo. Lamentablemente, en el espectro, ambos fenómenos se muestran de forma muy similar. Entonces la información para identificar el problema que

esta afectando a la maquina deberá obedecer a un estudio particular de este caso especifico donde se analicen otras variables. 3.2.13 Sobrecarga excesiva.

La sobrecarga excesiva en un rodamiento produce la disminución del tiempo de operación. Es caracterizado por caminos de desgaste en los elementos rodantes y además muestra evidencia de sobrecalentamiento en todos sus componentes.

Fig. 3.24 Partes de un rodamiento sobre cargado.

Esta falla se representa en el espectro con los fenómenos de “Plain Tail” en bajas frecuencias y “High Stack” en altas frecuencias.

Fig. 4.26 Espectro de rodamiento sobre cargado.

3.2.14 Resumen de fallas. •

En todo lo que se ha mostrado en este capitulo, se han agrupado las distintas fallas que se pueden encontrar en los rodamientos, asignando a cada uno de estos grupos un espectro característico para relacionar falla y espectro. Esto ultimo es muy importante ya que la base del mantenimiento predictivo es chequear los elementos de la maquina que están fallando sin intervenirla, siendo los espectros vibratorios la única información que se tiene en este caso. La buena y oportuna lectura de los espectros asegura intervenir la maquina en el momento mas apropiado.

•

Esta muestra esta hecha en base a fallas catastróficas, por lo que se deben de considerar como irreversibles, ya que las maquinas afectadas por este tipo de fallas tienen que ser intervenidas en el más corto plazo posible, antes que, producto de esta falla, se vea afectado otro elemento de la maquina.

•

Existen varias fallas que exhiben un espectro similar, por lo que solo cuando se desarme la maquina y con un buen estudio en terreno se puede determinar que tipo de falla hay. Esta ultima aseveración va muy relacionada con la anterior ya que en la presencia de un espectro, como los observados anteriormente, solo queda recomendar la intervención de la maquina y una vez realizado esto se puede ser mas exacto en la identificación de la falla, reuniendo más información.

•

Aquí se ha hecho un análisis desde el punto de vista espectral, pero en una etapa muy avanzada de los defectos, por lo que

estos son

apreciables a bajas frecuencias. En una etapa incipiente del problema existe una excitación de las frecuencias características de fallas en un rango frecuencial más alto, donde estas frecuencias excitadas son moduladas por otras frecuencias. Este tema de las modulaciones se trata detenidamente en el capitulo siguiente.

CAPITULO 4 “TECNICAS DE ANALISIS PARA DETECTAR FALLAS EN RODAMIENTOS”

4.1 INTRODUCCION A LAS TECNICAS DE ANALISIS PARA DETECTAR FALLAS EN RODAMIENTOS. Existen varias técnicas para el diagnostico y análisis de rodamientos. Entre estas se pueden mencionar como principales métodos: •

Análisis de vibraciones, ruido y ondas.

•

Análisis de temperatura.

•

Análisis de partículas de aceite.

De todas las anteriores, el método de análisis de vibraciones, ruido y ondas a sido el más ampliamente utilizado haciendo uso de diferentes técnicas como son: análisis de vibraciones en el tiempo y frecuencia, análisis de ondas de choque, análisis de emisión acústica, etc. El objetivo de esta tesis, en particular, es estudiar las técnicas referidas a la parte del análisis por medio de vibraciones. En este capitulo se explicaran las técnicas más importantes en el análisis de vibraciones de rodamientos que, entre las más modernas y más utilizadas se encuentran: •

Análisis con zoom real.

•

Método de demodulacion.

•

Cepstrum.

•

El método Peakvue (método que se estudia en extenso en el capitulo posterior).

Todas estas técnicas tratan de identificar el defecto en una etapa incipiente.

4.2 SEÑALES MODULADAS En tema de análisis de vibraciones, existe un fenómeno conocido como modulación de una señal vibratoria.

El concepto que encierra este termino es fundamental para entender las técnicas de análisis de vibraciones en rodamientos, es por eso que a continuación se explica qué es una señal modulada, de dónde proviene, cómo identificarla, etc. Las vibraciones, medidas en una maquina, generalmente provienen de diferentes causas o fenómenos físicos. Cuando los fenómenos físicos no interactúan entre ellos la vibración resultante es, simplemente, una suma de las vibraciones particulares provenientes de las diferentes causas. Cuando los fenómenos interactúan entre ellos producen vibraciones moduladas en amplitud y/o en frecuencia,

de

forma

exactamente

igual

a

lo

que

sucede

en

telecomunicaciones. Una señal modúlala en amplitud esta definida como la multiplicación de dos señales vibratorias, una moduladora [Xm(t)] y otra portadora [Xp (t)]. Xm(t) = señal moduladora

= A (1 + m cos ωm t)

(4.1)

Xp (t) = señal portadora

= sen ωp t

(4.2)

X (t) = señal modulada

= Xm(t) * Xp (t)

Teniendo claro esto, es que se puede decir que la expresión que da cuenta de una señal modúlala en amplitud es: X (t) = A (1 + m cos ωm t) * sen ωp t

(4.3)

La cual, utilizando relaciones trigonométricas, se puede escribir como: X (t) = A sen wpt + m A/2 sen(wp + wm)t + m A/2 sen(wp - wm)t

(4.4)

De la ecuación 4.4 se deduce que, la señal modulada es la suma de de tres componentes a frecuencias wp , (wp + wm) y (wp - wm), siendo estas últimas las llamadas bandas laterales. En la figura 4.1 se observa un ejemplo clásico de una señal modulada y el espectro que se obtiene de ella.

Fig. 4.1 Señal armónica modulada en Amplitud Armónicamente.

Las frecuencias moduladas en maquinas, son propias de un grupo reducido de fallas como: rodamientos dañados, engranes defectuosos (excéntricos, desalineados, dientes agrietados, con errores geométricos), problemas eléctricos en motores, deterioro en álabes de turbinas impulsos excéntricos de turbobaquinas en general. Identificar y aislar esta señal modulada es como trabajan la mayoría de las técnicas que se utilizan en la detección de fallas incipientes en rodamientos, de ahí su importancia.

4.3 ANALISIS CON ZOOM REAL. El análisis con zoom real permite, por medio de filtros digitales, adquirir la señal con un ancho de banda estrecho sobre la frecuencia resonante la cual debe haber sido previamente identificada anteriormente. Se obtiene de esta manera un espectro con buena resolución, permitiendo identificar fácilmente las frecuencias moduladoras que se encuentran alrededor de la frecuencia excitada. Para el caso específico de los rodamientos se necesita contar con un espectro con ancho de banda lo suficientemente amplio como para captar los primeros indicios de las fallas incipientes. En la figura 4.2 se muestra un espectro obtenido de un análisis con zoom real alrededor de una frecuencia resonante de 60 kcpm, en este espectro se

aprecia claramente la existencia de bandas laterales propias de frecuencia moduladas, que proviene de una falla incipiente en un rodamiento.

Figura 4.2 Análisis con zoom (observar badas laterales).

Es importante tener presente que, la mayoría de los software de análisis de vibraciones poseen en un zoom que consiste en la expansión del eje de las frecuencia. Este zoom no tiene nada que ver con el análisis con zoom real, ya que este zoom consiste en un aumento importante de la resolución frecuencial en torno a una banda frecuencial sobre la que se quiere afinar el análisis.

4.4 METODO DEMODULACION. Para recuperar y examinar la señal moduladora desde la señal modulada, esta última debe de ser demodulada o detectada, como se llama en terminología radial. El proceso de demodulación es relativamente sencillo y básicamente en seleccionar un espectro vibratorio que

consiste

contenga

el

componente a analizar, el cual es extraído del resto del espectro usando un filtro pasa banda o pasa alto. Luego, con la ayuda de filtros pasa bajos, se obtiene la envolvente de la señal en el tiempo, la cual solo contiene las componentes moduladoras de baja frecuencia. A modo de aclaración, se debe decir, que cuando se hable de envolvente esta es una técnica que analiza los cambios de amplitud de las señales vibratorias, en especial si estos cambios son periódicos o aleatorios y si estos cambios fuesen periódicos determinaran la frecuencia de repetición.

Figura 4.3 Muestra del análisis de envolvente correspondiente a un impacto.

Es importante recalcar que el proceso de demodulación ocurre en el dominio del tiempo y es un proceso analógico y no digital como se podría pensar. Una forma más gráfica de explicar como funciona el método de demodulación, se muestra en la figura 4.4, en la cual se cuenta con la señal temporal de entrada, que con la ayuda del filtro pasa alto (o pasa banda) entrega solo las frecuencias que excedan cierto valor impuesto por dicho filtro (caso de rodamientos, señales de alta frecuencia). Con la ayuda de amplificadores se entrega una señal con una resolución y forma casi perfecta. A esta señal se le aplica un envolvente, de manera tal de mostrar la mejor curva de los peak de la señal de fondo. Por último, con un filtro pasa bajo se obtiene la señal que entra al analizador.

Figura 4.4 Proceso de demodulación de una señal vibratoria.

Este proceso de demodulacion, no siempre entregara una señal de respuesta o de salida sencilla y sinuosidal como la del ejemplo. Cuando se trabaja en el análisis de señales reales nunca se podrá llegar a esta forma de respuesta tan elemental, por lo que el ejemplo propuesto en la figura 4.4, solo es una gráfica y explica muy bien este método con fines académicos. En algunos textos al referirse a este método, lo hacen como método de demodulación o envolvente. Esto es porque este método junta dos técnicas o algoritmos que trabajan en base a tiempo real (análisis de modulación y de envolvente) para obtener un mejor resultado en cuanto la forma y resolución de la señal a analizar. Las bondades de estas técnicas saltan a la vista, pero específicamente en el caso del espectro de la envolvente de aceleración (debido a la alta frecuencia a la que se trabaja), se puede decir que es una herramienta muy útil para la detección y diagnóstico precoz de fallas en rodamientos, ya que las señales características de estos problemas mecánicos no son detectables mediante espectros de aceleración convencionales hasta que resultan demasiado tarde como para tomar una acción correctiva o permitir un planeamiento para la reparación de la maquina.

4.5 METODO CEPSTRUM. La técnica de análisis llamada Cepstrum, a diferencia de las anteriores, es especialmente recomendada

para el análisis de engranajes. Como el

procedimiento para el análisis de rodamiento es muy similar, esta técnica también entrega buenos resultados para el estudio del comportamiento de estos elementos de mecánicos. Cepstrum es una herramienta utilizada por muchos software para simplificar el estudio por parte del analista. Esta herramienta trabaja en zonas donde se percibe alta resonancia, siendo su alcance más importante su capacidad para identificar las familias de armónicas de frecuencias excitadas, en un análisis a altas frecuencias. De aquí su importancia en el análisis, ya que si

estas

familias de armónicas se pueden identificar aportan una preciada información acerca de las posibles fallas internas del rodamiento. Como ya se dijo en su oportunidad, en los rodamientos con fallas incipientes existen defectos que provocan impactos de alta frecuencia y de muy baja amplitud, como es el caso de una fisura en una de sus pistas. Cada vez que pasa un elemento rodante por el defecto, se provoca un pequeño impacto y como son varios elementos que impactan alternadamente generan una secuencia de golpes en un periodo muy corto de tiempo, solo apreciable a una alta frecuencia. Esto entrega una valiosa información del estado del rodamiento, pero al calcular el espectro normal no entrega una lectura clara de lo que esta pasando. Es aquí donde trabaja Cepstrum, en base a buscar estas nombradas familias de armónicas. Cepstrum identifica estas familias de armónicas mediante una

función

matemática que calcula la inversa del logaritmo de la FFT de la señal temporal original. Cxx(t) = FFT-1 {logGxx(f)} Lo anterior se puede apreciar mas claro en el siguiente esquema, en cual se aclara todo el proceso Cepstrum.

Fig. 4.5 Diagrama de block del funcionamiento del Cepstrum.

Con este diagrama de bloques se simplifica bastante el proceso y queda de manifiesto como actúa. Primero, capta la señal temporal a la que se le calcula la FFT, luego existe una instancia en la cual se amplifica y se filtra la señal con el fin de mejorar los datos obtenidos. A esta señal se le aplica el logaritmo y

nuevamente se filtra la señal, para ahora sí calcular sobre ella la inversa de la FFT, en la última etapa del recorrido de la señal nuevamente se mejora la señal y por ultimo se calcula nuevamente la FFT de esta señal con el fin de entregar el espectro que se ocupa para analizar. A continuación en la figura 4.6 se aprecia un espectro obtenido por este método correspondiente a una caja de engranajes.

Fig. 4.6 Espectro real de una caja de engranes obtenida con Cepstrum.

4.5.1 Algunas ventajas del análisis Cepstrum frente el análisis espectral. •

El Cepstrum independiza los efectos de la excitación (esfuerzos) de los efectos del camino de transmisión entre la fuente de vibración y el punto de medición. Esto hace que el Cepstrum sea menos sensible a pequeños cambios en la posición del acelerómetro. Estos cambios pueden modificar la pendiente global del espectro pero no afectan a su estructura periódica. Los defectos del camino de transmisión se corresponden con la zona de baja frecuencia. Mientras que si la selección de escalas es correcta, las zonas de media y alta frecuencia serán las correspondientes a la excitación.

•

El Cepstrum da una representación más estable de los problemas de modulación ya que efectúa una promediación de toda la actividad de las bandas laterales.

•

El Cepstrum reduce toda una familia de bandas laterales a una sola línea, por lo que el monitoreo del estado de funcionamiento de cada engranaje es más sencillo. Esto lo convenirte en una gran herramienta de mantenimiento predictivo de cajas de engranajes.

2.7 METODO FACTOR DE CRESTA. Existe otra técnica no tan usada, que más que una técnica propiamente tal, es cuantificación de la severidad del defecto al interior del rodamiento en función de su energía vibratoria generada por el defecto. El factor de cresta es una técnica que puede aplicarse solamente cuando se dispone de un instrumento de medición que entregue los valores RMS y de valores peak de vibración mecánica. Con estas dos mediciones se puede calcular el factor de cresta definida como: Factor de Cresta = Valor Peak / Valor RMS

( 4.6)

De acuerdo con el valor de este factor se puede agrupar en conjuntos que hacen apreciar que tan severo es el defecto. Estos grupos se encuentran en la siguiente tabla:

Incipiente

Medio

Avanzado

Valor Peak

Valor RMS

Factor de Cresta

Crece con respecto al valor histórico debido a la presencia de los primeros impulsos Se mantiene ya que aparece mayor cantidad de impulso pero de la misma amplitud

Se mantiene respecto al histórico porque al comienzo la energía de los impactos es baja

Crece con respecto al histórico

Aumenta, debido a que al haber mayor cantidad de impulsos la energía crece

Diminuye en relación al estado de la falla incipiente

Crece hasta alcanzar el valor peak

Disminuye hasta valores cercanos a1

Se mantiene

Tabla 4.1 Niveles de intensidad del factor de cresta.

Gráficamente se puede representar como sigue:

Grafico 4.1 Comparación de valores RMS y peca respecto factor de cresta.

Como puede interpretase el grafico 4.1, en el caso en que los valores de los peak son el doble de los valores RMS, se encuentra en un funcionamiento adecuado del rodamiento, pero cuando el valor de los peak comienza a subir ya se encuentra la etapa de una falla incipiente. Por otro lado, cuando los valores RMS comienzan a subir hasta igualar los valores de los peak se esta en presencia de una falla catastrófica.

CAPITULO 5 “PEAKVUE”

5.1 INTRODUCCION AL PEAKVUE. En este capitulo se encuentra toda la información acerca de la técnica a implementar: “La Técnica del Peakvue”. En el, se describe como funciona, el rango de frecuencia en que actúa y cuál es su importancia. Es aquí donde se encontrara la información necesaria para configurar la técnica en software RBMware. El entendimiento de este capitulo es fundamental en el desarrollo de la puesta en marcha de la técnica, por lo tanto, es considerado como clave dentro de este trabajo.

5.2 LA ACTUALIDAD DEL MANTENIMIEMTO PREDICTIVO. El verdadero beneficio del mantenimiento predictivo puede ser determinado con un análisis costo beneficio. Desafortunadamente muchas industria no ha estandarizado un método para contabilizar el beneficio del programa y esto ha introducido un esparcimiento en las criticas negativa con respecto a la efectividad del programa. Un ejemplo de esto podría ser el valor declarado de una recomendación de reemplazo del rodamiento, que de efectuarla puede tener un

valor bajísimo para la empresa trabajando bajo el concepto de

reemplazo del rodamiento, sin perder tiempo productivo de la maquina. Si no existe la recomendación simplemente se podría reparar el daño cuando la maquina ya no pueda seguir trabajando, los costos ahora son los de un nuevo rodamiento más su cambio y se suma a esto en muchas ocasiones la perdida de producción y podría llegar incluso a una reparación general de la maquina. El mantenimiento predictivo solamente es valioso si se puede demostrar un beneficio económico claro, por sobre el gasto que se generaría, por ejemplo, el tener dos maquinas similares, para la situación donde falla una maquina poner a trabajar la otra sin perder tiempo. Esto obviamente con todos los gastos asociados a tener dos maquinas cien por ciento operacional.

Con todo este preámbulo queda claro cual es la misión del mantenimiento predictivo y específicamente en el tema tratado aquí, el control de rodamientos por análisis de vibraciones. Actualmente existen varias técnicas desarrolladas con este fin e inclusive las mas grandes fabricas de rodamiento han estudiado el tema y hoy exhiben, entre sus productos, sistemas de control completo para el cuidado de sus rodamientos. Pero la gran mayoría de estas técnicas muestran en un periodo muy avanzado la falla, o en otros casos descuidan el estado general de la maquina para solo monitorear los rodamientos. En la actualidad el mantenimiento que se realiza, detecta la falla con el propósito de que ésta no dañe otra parte de las maquina, pero no entrega ese tan preciado tiempo para planificar su detección en el tiempo indicado.

5.3 DESCRIPCION DE LA TECNICA PEAKVUE. Peakvue es una técnica de análisis para señales generadas a alta frecuencia, que fue diseñada por CSI (como herramienta para su el software RBMware), con el objetivo de estudiar el comportamiento de elementos cuyas fallas se aprecian a altas frecuencias y a baja amplitud, tal es el caso de rodamientos y engranajes. Es importante hacer notar que los rodamientos y los engranajes generan fallas a una alta frecuencia y a una pequeña amplitud, pero solo en una etapa incipiente del defecto, que dicho sea de paso, es cuando se quiere descubrir, ya que cuando este desperfecto o

falla avanza en el tiempo

aumentan las amplitudes y aparecen las frecuencia características de falla de los rodamientos, y es cuando ya se hace necesario la reparación o el cambio. Por ende la energía vibratoria aumenta a nivel considerables y la falla ya es detectable en un espectro de aceleración con un ancho de banda adecuado. Peakvue es una técnica que detecta la presencia las ondas de esfuerzo debidas, principalmente, al contacto metal - metal durante una etapa temprana de falla.

Fig. 5.1 Ondas de esfuerzos.

Como se puede apreciar en la figura 5.1, estos impulsos son a una baja amplitud, pero considerando que el rodamiento tiene solo una falla localizada y sus elementos rodantes van a estar pasando sobre ella constantemente, es que se tiene que la frecuencia de este defecto es relativamente alta. Esta falla emite frecuencias tan bajas en amplitud que, en la mayoría de los casos, son casi imperceptibles con otras técnicas, como el espectro aceleración tomado en una rutina normal del mantenimiento,

debido a la

despreciable energía vibratoria que aporta. Peakvue centraliza su análisis a frecuencias altas donde se están generando las ondas de esfuerzos y toma como dato el valor peak de un pequeño período de tiempo.

Fig. 5.2 captura de datos con el Peakvue

De esta forma, la herramienta garantiza que las frecuencias que se van a estudiar son efectivamente las que, en adelante, comenzaran a dar problemas. Esta captura de los peak en un diferencial de tiempo de una señal muy débil,

se realiza en un espacio temporal. La frecuencia de repetición de los impactos se obtiene mediante un análisis espectral. Es importante tener presente un aspecto fundamental para obtener buenos resultados en la aplicación de esta técnica. Esto es que el sensor que se utilizara debe ser, a lo menos, de 30 kHz, debido a que Peakvue utiliza la alta frecuencia para realizar la muestra e identificar el peak del período de tiempo del que ya se hablo. Así como es importante el rango del sensor, es también la fijación de este, que por norma debe de ir pegado en el soporte que se esta chequeando. (Ver ANEXO 6) Como fue mencionado antes, el contacto metal - metal genera pequeños impactos, que son la fuente de excitación en el sistema analizado, estos impactos son los que provocan la existencia de los peak. Por ende, saber cuando o como es la característica de estos peak, es equivalente a saber a que frecuencia se esta provocando el problema y cual es su severidad. Con esta información se puede pronosticar ya, como es el estado interno del rodamiento y que se recomienda hacer con el. Esta acción dependerá de que tan experto sea el analista. Con lo último se quiere expresar que la asertividad del proceso depende, en gran medida, del factor humano.

5.4 UTILIZACIÓN DE FILTROS PASA ALTO. En el trabajo con Peakvue se hace necesario utilizar filtros, específicamente con filtros pasa alto. La misión del filtro pasa alto es eliminar las frecuencias bajas del espectro para dedicarse a estudiar solo las altas frecuencias, que es lo que interesa en el estudio de fallas incipiente. Con la eliminación de las frecuencias bajas del espectro se elimina también información

del

estado

general

de

la

maquina, como por ejemplo un

desbalanceamiento o un desalineamiento, por lo que aquí se presenta el primer punto que vale la pena profundizar ya que Peakvue es una técnica específicamente para detectar desperfectos muy incipientes en

los

rodamientos y engranes por lo que solo la implementación de esta técnica no basta para hacer un buen mantenimiento predictivo. Peakvue es un excelente complemento a un programa de mantenimiento ya que, como se explicado anteriormente, al detectar el desperfecto de forma incipiente otorga el tiempo necesario a la planificación y ejecución del mantenimiento. El filtro pasa alto como se puede aprecia en la figura 5.3 solo deja que se vea las frecuencias que están por sobre el filtro que se ha impuesto.

Fig.5.3 Utilización de filtro pasa alto.

Ahora, con la utilización de este filtro, se pierden todas las frecuencias que están a la izquierda del filtro impuesto. El nuevo espectro en la figura 5.4 tiene la particularidad que se aprecia mucho más grande las amplitudes de las frecuencias que se encuentran a la derecha del filtro pasa alto, pero esto es solo una apreciación visual, ya que si se observa en el espectro de la figura 5.3 las frecuencias a la derecha del filtro pasa alto son casi despreciable en amplitud respecto a las frecuencias que se localizan a la izquierda del filtro, y por lo amplio de la escala de la amplitudes es no se aprecian bien.

Fig. 5.4 Especto obtenido con la utilización de un filtro pasa alto.

Los filtros se imponen de acuerdo a varios factores. Estos deben de considerar necesariamente el tipo de maquina, velocidad de giro de la maquina y el tipo de soporte en el que esta alojado el rodamiento. Después de muchos estudios y de haber considerado los factores nombrados en el párrafo anterior, los diseñadores del Peakvue han logrado un filtro para cada rango de velocidades. Estas recomendaciones se pueden ver en la tabla siguiente.

RPM

Filtro pasa Alto

# de promedio

Min. Lineas

0 – 700

500 Hz

1

800

701 - 1500

1000 Hz

1

800

1501 -

3000

2000 Hz

1

1600

3001 -

4000

2000 Hz

1

1600

en adel.

5000 Hz

1

1600

4001 -

Tabla 5.5 Datos para la configuración del Peakvue.

Considerando estos filtros pasa altos se asegura de aislar la zona que interesa analizar. Pero también la tabla 5.5 muestra otros datos, como el número de promedio que, para en todos los casos, deberá ser 1, ya que si se recuerda Peakvue toma el valor peak de un pequeño periodo de tiempo, por lo que si

tomamos mas promedios se castiga la energía vibratoria de la frecuencia mas excitada en el período de tiempo otorgado para la muestra. Otra de las cosas que se puede apreciar en la tabla 5.5 es que recomienda un mínimo de líneas para cada caso. Esto es para la resolución del espectro que se va a analizar.

5.5 CALCULO DE LA FRECUENCIA MÁXIMA DE MUESTREO. Ya se ha visto como se obtiene la frecuencia mas baja del espectro (filtro pasa alto), pero el espectro no puede ser infinito por lo que existe una frecuencia máxima que también tiene que ver con la velocidad de giro de la maquina y el número de elementos rodantes del rodamiento. Estas variables se relacionan en la expresión 5.2, en la que se tiene que: Fmax = 4*BPFI

(5.1)

Si embargo, si se recuerda en la taba 2.2 del capitulo 2, se tiene que en una forma bastante práctica de expresar la frecuencia de paso de bola por pista interna es: BPFI = 0.6 RPM n, por lo que la expresión anterior queda de la siguiente forma: Fmax = 2.4*RPM* n

(5.2)

Donde: RPM = revoluciones por minutos de la maquina. n= número de elementos rodantes. Un dato importante que es necesario entregar para el buen funcionamiento de esta técnica es que, en ningún caso la Fmax deberá exceder en 40xRPM, en otras palabras no debe ser mayor a cuarenta ordenes.

5.6 CONFIGURACION DEL PEAKVUE EN EL SOFTWARE DE ANALISIS. Conocidos los parámetros para los espectros de Peakvue lo que viene ahora es la configuración de esta herramienta en el software de análisis RBMware de la CSI. En la configuración se deben de considerar tres aspectos básico e importante. El primero, es elegir las maquinas a las que se aplicara esta herramienta y para ellas configurar el o los puntos de Peakvue; segundo, es crear los parámetros de adquisición de la señal para su posterior análisis; y por último, se debe de crear el parámetro de alarmas para el caso determinado de los rodamientos. 5.6.1 Creación del punto de Peakvue en la maquina elegida. Es importante definir bien las maquinas a las cuales se les requiere implementar esta herramienta de diagnóstico, ya que aquí quedara guardada toda la información que recolecta a lo largo de la vida de la maquina. Existen dos formas posibles de organizar los puntos de medición de Peakvue, uno de ellos es crear nuevos puntos de Peakvue en maquinas ya creadas. La otra posibilidad, es crear una base de datos solo para Peakvue, vale decir que, se debe crear una maquina en la base de datos del programa de mantenimiento. Esta decisión la debe tomar el personal de mantenimiento ya que en definitiva deben de considerar otras variables, como el tiempo que se demoraran en muestrear la maquina y el tiempo que se demorara en el análisis de la información tomada. Como es sabido, todo lo se refiere a tiempo se reduce en dinero por lo que en la decisión de cómo situar los puntos también se debe de considerar esta inevitable variable. La recomendación pasa por el concepto de que entre mas información se pueda tener de la maquina es mejor, por este motivo se recomienda que el punto de Peakvue sea configurado en una maquina ya creada, de manera que cada vez

que se muestree la

maquina se

considere

el análisis de los

rodamientos con Peakvue. Esto para otorgar un máximo de tiempo al mantenimiento para programar la detención de la maquina para su reparación. Basándose en la recomendación la configuración, se hace de la siguiente forma: •

Una vez cargado el programa, en la solapa de Setup/Comunications seleccionar con doble click la opción de database Setup. Como en la figura 5.6.

Fig. 5.6 Ambiente del programa de manteniendo RBMware.

•

Ahora, en la nueva pantalla que se despliega se encuentran todas las cosas que se debe de configurar para el trabajo de análisis con Peakvue. Lo primero que se debe configurar es el punto, esto se hace en la opción de Tree Structure. Pero aquí solo se crea el punto, esta opción esta vinculada con las otras dos que siguen: Análisis para meter Set Información, que es donde se configura el parámetro de la adquisición de la señal y, por otro lado, está la opción de Alarm Limit Set Information, aquí se configuraran las alarmas para el mejor trabajo posterior.

Fig. 5.7 Opciones de configuración del Peakvue.

Al seleccionar con doble click la opción Tree Structure se debe desplegar una nueva pantalla donde se muestra la base de datos en que se encuentra la maquina seleccionada para configurarle el punto de Peakvue.

Fig. 5.8 Base de datos para la gestión de mantenimiento.

•

Una vez aquí, se debe de abrir la maquina a la que se le deben de crear los puntos de Peakvue, esto se logra en Add Branch.

•

Se despliega una nueva pantalla, en esta se debe de aportar los datos para identificar el punto y vincularlos con los otros parámetros de adquisición y alarma.

Fg. 5.9 Planilla de información de datos del punto a crear.

Según lo que se logra apreciar en la nueva pantalla es que se deben aportar datos para información del punto y del sensor utilizado. Elementos informantes a considerar en la implementación del punto: 1. En primer lugar se necesita una identificación rápida para el punto. 2. Luego se pone nombre al punto identificado claramente la ubicación de éste. 3. Seleccionar la unidad en la que se quiere muestrear. 4. Nombrar las revoluciones por minutos nominales de la maquina. 5. Poner tope de días para descargar información. 6. En las dos últimas líneas se requieren los datos que se deben de aportar para vincular el punto que se esta creando con los parámetros de adquisición y de alarma que de no estar creados solo se nombran con un número, recordando éste, después se crean los parámetros. En la solapa sensor / signal info se deberá aportar la información acerca del sensor utilizado para este motivo.

Fig. 5.10 Información del sensor que se utiliza en la captura de la señal.

Aspectos importantes que se deben considerar en esta parte: 1. La posición en que debería poner el sensor. 2. Orientación del sensor. 3. Sensibilidad del sensor. También es importante recalcar que aquí, en esta pantalla, se debe de ingresar la frecuencia de fallas del rodamiento que se esta testeando. Esto se realiza pinchando la tecla Fault Freq. Con lo que desplegara una pantalla que se aprecia en la figura 5.11.

Fig. 5.11. Ingreso de frecuencia de fallas.

Como se puede apreciar, son varias las frecuencias que se pueden configurar, pero lo que interesa para el análisis Peakvue es configurar las frecuencias de fallas del rodamiento que se va a muestrear. Esta operación es simple pero de gran utilidad, ya que con esta se puede identificar gráficamente cual de los elementos del rodamientos esta fallando incipientemente. El programa tiene una base de datos con las frecuencia de fallas de los rodamientos solo se necesita identificarlo según en número que se le da en el programa.

5.6.2 Configuración del parámetro de adquisición. Según lo observado en la figura 5.12 lo siguiente es configurar el parámetro de adquisición haciendo doble click en la frase Análisis Parameter Set Información. Como lo que se requiere es crear un nuevo parámetro lo que debe de hacer es presionar la tecla Add Set.

Fig. 5.13 Creación del parámetro de adquisición.

Al seleccionar esta opción aparece un mensaje, en el que el programa solicita que se identifique el nuevo parámetro de adquisición.

Fig. 5.14 Mensaje para la identificación del parámetro de la identificación.

Una vez identificado el nuevo parámetro se despliega la otra pantalla en la que se debe aportar la información para el espectro, la adquisición de la señal y el parámetro que tiene que ver con la forma de onda.

Fig. 5.15 Configuración del parámetro de Adquisición.

Aspectos importantes que se deben tener en cuenta en esta configuración: 1. Nombrar claramente el parámetro para su posterior identificación. 2. Seleccionar trabajar en órdenes. 3. Localizar la frecuencia mas baja muestreada. 4. Identificar la frecuencia más alta que se debería muestrear (Fmax). Esta es producto de la expresión 5.2. 5. Especificar el número de líneas para la resolución del espectro (recomendado en la tabla 5 .5). 6. Número de promedios la muestra. Siempre debe de ser 1 según lo expresado antes en este mismo capítulo. 7. Tipo de ventana recomendado es Hanning. Para seguir con la configuración se tiene que cargar la segunda solapa que aparece en esta pantalla, esta es la de Signal Processing Parms que tiene que ver con el procesamiento de la señal una vez que esta ha sido capturada.

Fig. 5.16 Configuración para el procesamiento de la señal.

Aquí es donde realmente se configura la herramienta de Peakvue. Aspectos importantes que se deben de considerar: 1. El método de procesar la información Peakvue. 2. Seleccionar el filtro pasa alto según recomendación de la tabla 4.31. Por último se debe de configurar lo referente al parámetro de la forma de onda, en la solapa Waveform Parameters.

Fig. 5.17 Configuración del la forma de onda.

Los aspectos importantes que se deben tener en cuenta para esta configuración son: 1. Trabajar en órdenes como la unidad de la máxima frecuencia. 2. Especificar la máxima frecuencia que se debe muestrear. 3. Número de puntos remendado 2048. 4. Datos de la unidad en la que se trabajara, ésta debe de estar en términos de la aceleración. Por último, una vez configurado todo lo anterior, al presionar la tecla OK aparecerá una pantalla en la que se pregunta el ancho del espectro en el que dispondrán posteriormente las alarmas.

Fig. 5.18 Paramétrizacion del espectro.

Lo que se recomienda es no parcelar el espectro, por lo que debe de especificar todo en acho de banda que posee el espectro. Como en la figura 5.18. 5.6.3 Configuración de los límites de alarmas. Si se recuerda en la figura 5.7 existen tres aspectos que se deberían configurar, ya se configuro el punto y creó también el parámetro de adquisición que se vinculó al punto antes creado. Lo que esta faltando que hacer es crear y vincular el parámetro que conserva los limites de alarmas. Se accede a esta configuración haciendo doble click en la frase Alarm Limit Set Information. Una vez seleccionada esta opción se despliega una pantalla en la que se muestran los parámetros ya creados, pero como lo que se requiere es crear un nuevo parámetro, lo que se debe hacer es presionar la tecla Add Set.

Lo que aparecerá en pantalla en esta ocasión es un mensaje para que se identifique el nuevo parámetro. Una vez identificado este parámetro se desplegara una pantalla como la de la figura 5.19.

Fig. 5.19 Configuración de los límites de alarma.

Los aspectos importantes que se deben de tener en cuenta en esta configuración son los siguientes: 1. Nombrar el parámetro para su posterior identificación. 2. Es recomendable solo acotar los límites de alarmas para la forma de onda según normas internacionales permisibles en una primera instancia luego, estas con la información recolectada, se pueden ajustar. 3. La unidad de medida de estos límites tienen que ser en aceleración. Una vez otorgado esta información, se esta en condiciones de comenzar con el trabajo.

5.7 ASPECTOS IMPORTANTE DE TENER EN CUENTA EN EL TRABAJO CON PEAKVUE. Cuando se trabaja con Peakvue se debe ser cuidadoso en todos los aspectos. Esta recomendación es valida desde que se configura el punto de Peakvue, pasando por como se captura la señal y por último como se analiza y se guarda esta información. Es debido a esto, que a continuación se detallan varios puntos denominados importantes para una buena aplicación de la técnica Peakvue. •

En la creación del parámetro de adquisición de la señal están definidos los pasos que se deben realizar en sistema de control para aplicar esta técnica. Por lo que se debe tener presente que la elección del filtro pasa alto y el cálculo de la frecuencia máxima de muestreo tienen que ser las precisas.

•

La ubicación del punto de Peakvue, es recomendable que se encuentre dentro de la rutina normal de chequeo de las maquinas. Es decir, que se deberán tomar las muestras de vibraciones con los espectros normales e inmediatamente después los de Peakvue. Esta recomendación debe de ser analizada por el equipo de mantenimiento predictivo, de manera de ubicar los puntos de Peakvue según lo requieran para no entorpecer la gestión del mantenimiento.

•

El sensor que se debe ocupar obligatoriamente tiene que tener un ancho de banda frecuencial de al menos de 30 kHz.

•

El sensor obligatoriamente para la captura de la señal tiene que estar pegado o roscado al soporte a muestrear (ver ANEXO 6).

•

La dirección del sensor tiene que ser la de mayor carga del rodamiento. Esto vale decir, que si el rodamiento es vertical, la dirección del sensor debe de ser esta. Tomar una muestra con el sensor en dirección axial, en este caso no se justifica ya que las ondas de esfuerzo por lo general se propagan en el sentido de la carga. Lo mismo corre para el caso de que el rodamiento sea axial.

•

El sensor para la muestra tiene que estar ubicado lo más cerca posible del rodamiento (en el soporte), y si fuese posible en la zona de mayor carga.

•

El sensor tiene que estar completamente apoyado sobre una superficie plana y preferentemente no pintada.

•

Con el orden y el respaldo de la información entregada al software se debe de ser sumamente cuidadoso.

CAPITULO 6 “ANÁLISIS EXPERIMENTAL”

6.1 INTRODUCCION AL ANÁLISIS EXPERIMENTAL. Haciendo un recuento de los capítulos anteriores, es han transmitido todos lo conocimientos para implementar la técnica del Peakvue. Pero, hasta aquí, no se han mostrado los resultados que se han obtenido con las notas anteriores. Este capítulo cumple con el objetivo de presentar varios espectros obtenidos, tanto en un banco de prueba como de casos reales. Los casos reales, de los que se esta hablando, se trata de la implementación de esta técnica en maquinas de proceso de la Planta

Posecion de Enap,

específicamente en bombas y aéreo enfriadores. Guiadamente se escogieron estas maquinas por sus velocidades nominales de trabajo, ya que en el caso de las bombas, todas trabajan a 3000 rpm. En cambio los aéreo enfriadores trabajan a un velocidad bastante menor 360 – 400 rpm. De estas maquinas se obtuvieron un conjunto de espectros muy interesantes en los cuales se pueden apreciar casos en que se sospecha que una falla incipiente en los rodamientos es inminente.

6.2 DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA RELIZADA EN EL BANCO DE PRUEBA. En la experiencia de laboratorio realizada para la implementación de la técnica, se indujeron distintas fallas en el rodamiento de un soporte del banco de ensayos, este rodamiento fue un 30203 que corresponde al tipo de cubeta cónico para carga axial.

Fig. 6.1. Rodamiento axial (cubeta cónica).

En esencia lo que se realizo en esta experiencia fue tomar los espectros de un rodamiento en excelente estado y compararlo con otros rodamientos iguales en características pero que se le indujeron fallas. Este proceso se llevo a cabo según los pasos descritos a continuación: 1. Configuración de los puntos de Peakvue para el banco de prueba. 2. Montar placas de anclaje en los soportes para los acelerómetros. 3. Cargar la configuración en el recolector de señales. 4. Medir los puntos según sistema tradicional con rodamientos buenos. 5. Descargar la información obtenida en el software de análisis. 6. Análisis de los resultados en el software. 7. Repetir la operación con todos los rodamientos que se les a provocado una falla.

6.3 DESCRIPCION DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS ULTILIZADOS EN LA EXPERIENCIA. En esta experiencia se utilizaron las siguientes herramientas: 1. Banco de pruebas: este banco esta dispuesto de un motor eléctrico trifásico, que acciona, por intermedio de una correa, un eje que esta soportado sobre dos rodamientos. En el soporte 1 rodamiento 30203 de cubetas cónico (de rodillos), en tanto en el soporte 2 se encuentra un rodamiento 6203 de carga vertical (de bolas).

Fig. 6.2 Banco de pruebas para rodamientos.

El banco de pruebas, mostrado en la figura 6.2, tiene la capacidad de cambiar los rodamientos y variar la velocidad. 2. Acelerómetro piezoeléctrico de 60 kHz de marca CSI: Los acelerómetros piezoeléctricos basan su funcionamiento en el efecto piezoeléctrico, fenómeno presentado por determinados cristales que adquieren una polarización en su masa y cargas eléctricas en su superficie al ser sometidos a tensiones mecánicas (efecto directo), y que se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico (efecto inverso). Los materiales que presentan esta propiedad pueden ser cristales naturales o sintéticos, minerales u orgánicos que no poseen centro de simetría. El efecto de una compresión o un cizallamiento sobre el cristal, provoca una deformación y un movimiento de cargas debido a la disociación de los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas, apareciendo de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas. Cabe señalar la extremada proporcionalidad entre la fuerza aplicada y la señal de la carga generada.

Fig. 6.3 Principio de funcionamiento de los acelerómetros piezoeléctricos.

3. Cable blindado CSI: se utilizan cables blindados para no tener perturbaciones en el transporte de la señal.

Fig. 6.4 Cables blindados para capturar señales vibratorias.

4. Recolector de señales CSI 2120 con dos canales: el CSI 2120 funciona con el software RBMware, en el cual se configuran las rutas de maquinas y puntos de medición que mas tarde se le comunicaran al recolector. Entre las variadas funciones que se pueden realizar con el CSI 2120 se destaca, la posibilidad de capturar datos en la orden establecida por la configuración, o también se puede realizar esta operación en forma aleatoria no cumpliendo el orden preestablecido en la configuración. Este hecho no es de menor importancia, ya que por ejemplo cuando se configuran las bombas que trabajan en el proceso de una planta, se ingresan todas siguiendo con un número designado, sin pensar que en el momento que se requiera muestrear alguna de estas estén fuera de servicio, este hecho trabaría el sistema, de no tener la posibilidad de saltar la maquina. Otra de las particularidades del CSI 2120 es que tiene dos canales por los que puede capturar señales de vibración simultáneamente. De aquí es que este recolector puede analizar órbitas, medir coherencia o simplemente ver la medición de dos puntos simultáneos. Por ultimo dentro de las funciones que restan se menciona la posibilidad que entrega este equipo de configurar puntos fuera de ruta, función sumamente útil para medir puntos que el operador requiera en terreno. Para esto el operador, con el conocimiento necesario, solo deberá crear el punto que requiere medir. Con la ayuda de esta función se facilita que

el operador pueda ver el estado de algún punto no configurado que cause dudas.

Fig. 6.5 Recolector de señales CSI 2120.

5. Software de análisis RBMware de CSI: este software más que un analizador de vibraciones, es un paquete de varias técnicas predictivas, que fue diseñado para respaldar la confiabilidad en el programa de mantenimiento.

Fig. 6.6 Portada de inicio de software RBMware.

Esto argumenta el nombre del RBM, que significa en ingles Reliability Based Maintenance, que se puede traducir como mantenimiento basado en fiabilidad o mejor en la confiabilidad, que más que un simple nombre es el concepto de mantenimiento a nivel mundial. El paquete de software incluye otras predictivo a parte de

técnicas del mantenimiento

vibraciones como: tribología, termografía,

ultrasonidos y análisis de motores eléctricos. El software fue diseñado para trabajar en plataforma Microsoft Windows de 32 bits y es por esto que el programa es compatible con Windows 95, Windows 98 y Windows 2000.

Por otro lado, CSI adapto este analizador para que sea compatible con sus equipos de captura 2115, 2117, 2120 y con la serie de recolectores portátiles 8000 (recolectores de señales). El software RBMware presenta un ambiente de programación y análisis muy

agradable, ya que sus herramientas de análisis, configuración y

técnica de análisis que se quiere usar, funcionan en un ambiente Windows bastante conocido por cualquier individuo que maneje un computador a nivel de usuario.

6.4 MUESTRA Y ANALISIS DE LOS DATOS OBTENIDOS. Para esta experiencia de laboratorio se estudiaron dos tipos de fallas en los rodamientos 30203. Ambas fallas se localizaron sobre la pista externa, por un asunto práctico ya que sobre esta pista se puede apreciar claramente la falla provocada, dejando en evidencia la magnitud y la cantidad de daño. Otro factor importante es la velocidad de giro del banco de pruebas que, para este estudio, se decidió dejar constante para ambos casos en 18 Hz. (mas adelante se estudiara como varia la detección de fallas en función a la velocidad). En base a lo anterior, las fallas que se estudiaron son: 1. Una raya transversal al sentido de giro, en la pista exterior, del todo el ancho de esta (caso de falla leve). 2. Varias rayas transversales al sentido de giro, localizadas en cuatro zonas de la pista externa y del ancho de la pista externa (caso de falla avanzada).

6.4.1 ANÁLISIS DE CASO LEVE DE FALLA EN UN RODAMIENTO.

Como se explico anteriormente, en este caso la falla consistió en una raya sobre la pista externa. Este detalle se puede apreciar en la figura 6.7.

Fig. 6.7 Fisura en pista exterior del rodamiento examinado.

En la figura 6.7 se muestra una fotografía de la fisura,

tomada

con un

microscopio. Esta fisura que esta localizada sobre la pista exterior, se generó de forma tal que fuese lo menos perceptible, simulando una falla incipiente sobre el rodamiento. A continuación se muestra el espectro que fue obtenido del soporte donde se encontraba trabajando el rodamiento cuya falla esta expuesta en la figura.

6 5

RMS Acceleration in G-s

0.020 0.016

A

B

C

- BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 15:33:02 (PkVue-HP 5000 Hz) OVRALL= .0431 A-DG RMS = .0430 LOAD = 100.0 RPM = 1080. RPS = 18.00

D

BPFO

0.012 0.008 0.004 0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

1000

0.5

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 15:33:02 (PkVue-HP 5000 Hz) RMS = .0338 PK(+) = .4379 PK(-) = .0289 CRESTF= 12.94

Acceleration in G-s

0.4 0.3 0.2

>SKF 30203 A=FTF B=BSF C=BPFO D=BPFI

1/BPFO

0.1 0 -0.1 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

800

Freq: Ordr: Spec:

111.00 6.166 .01300

Fig. 6.8 Espectro Peakvue con filtro a 5000 Hz de una falla generada en la pista exterior.

En el espectro mostrado en la figura 6.8 se utilizo un filtro pasa alto de 5000 Hz. Con esto se obtuvo el espectro de la envolvente del cual se deduce que,

Peakvue es capaz de medir este tipo de fallas, dejándola ver muy claramente. Esta ultima aseveración se puede apreciar en el espectro mostrado, en la figura 6.8, donde la frecuencia que aparece

excitada (el primer peak marcado),

corresponde a la frecuencia característica de falla de pista externa BPFO, que esta junto en 110.0 Hz, pero también aparecen excitadas las armónicas de esta frecuencia en forma decreciente, esto es explicable porque la señal moduladora no es una sinusoide perfecta, por lo que aparecen

otras

frecuencia moduladoras en torno a la frecuencia excitada. Las armónicas que aparecen en el espectro son varias (mas que 6), lo que demuestra que el daño esta bastante avanzado a pesar de lo pequeño de la fisura. Este tipo de espectro es característico, cuando se esta en presencia de un daño como el que se provoco en el rodamiento. Por otro lado, si se nota en grafica de la envolvente los impactos están ubicados justo al inverso de la frecuencia BPFO (1/BPFO). Lo de indica que los pequeños golpes los están siendo sobre la pista externa. Basándose en la teoría que si existe una falla que es notoria en este rango de frecuencia también debe de ser identificada a un rango de frecuencias más alto, se busco esta misma falla pero con un filtro de 20000 Hz. Dicho resultado se muestra a continuación. 6 6

RMS Acceleration in G-s

0.012 A

B

C

- BANCO UMAG (2) FIL 20000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 15:34:16 (PkVue- HP 20 kHz) OVRALL= .0281 A-DG RMS = .0280 LOAD = 100.0 RPM = 1083. RPS = 18.06

D

0.009 0.006

0.003

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

1000

Acceleration in G-s

0.40

>SKF 30203 A=FTF B=BSF C=BPFO D=BPFI

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 15:34:16 (PkVue- HP 20 kHz) RMS = .0232 PK(+) = .2956 PK(-) = .0138 CRESTF= 12.73

0.32 0.24 0.16 0.08 0 -0.08 0

100

200

300

400 Time in mSecs

500

600

700

800

Freq: Ordr: Spec:

111.15 6.155 .00922

Fig. 6.9 Espectro Peakvue con filtro a 20000 Hz de una falla generada en la pista exterior.

Tomando en cuenta este último espectro y comparándolo con el de la figura 6.8 se puede concluir que, se cumple la teoría enunciada en el párrafo anterior. El

espectro en el cual se filtra la señal a 20000 Hz muestra la misma cantidad de armónicos de la frecuencia de daño (BPFO), pero con un peak que es 28.5 % menor en amplitud que cuando se filtra a 5000 Hz, lo cual tiene cierta lógica ya que cuando se filtra con un filtro de 5000 Hz se considera toda la actividad vibratoria desde 5000 Hz hacia arriba, en cambio, con un filtro de 20000 queda fuera toda la energía vibratoria presente entre 5000 y 20000 Hz.

6.4.2 ANÁLISIS DE UNA FALLA AVANZADA EN UN RODAMIENTO. Para este caso se genero una falla que consistió en varias rayas en la pista exterior de un rodamiento semejante al estudiado en caso anterior. Las rayas se concentraron en cuatro zonas de la pista de rodadura. Estas fallas se pueden apreciar en las siguientes figuras.

Fig. 6.10. Conjunto de fallas localizadas la pista exterior de rodamiento.

En el conjunto de imágenes se puede ver las fallas que se propinaron al rodamiento y cuando este fue ensayado arrojo como resultado lo que queda en evidencia en la figura siguiente.

6 5

RMS Acceleration in G-s

0.20 0.16

A

B

C

- BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:21:38 (PkVue-HP 5000 Hz) OVRALL= .2558 A-DG RMS = .2553 LOAD = 100.0 RPM = 1071. RPS = 17.85

D

0.12 0.08 0.04 0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

1000

Acceleration in G-s

2.0

>SKF 30203 A=FTF B=BSF C=BPFO D=BPFI

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:21:38 (PkVue-HP 5000 Hz) RMS = .2346 PK(+) = 1.52 PK(-) = .2227 CRESTF= 6.47

1.5 1.0 0.5 0 -0.5 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

Freq: Ordr: Spec:

800

111.55 6.248 .124

Fig. 6.11 Espectro Peakvue con filtro a 5000 Hz de una falla avanzada en la pista exterior.

Como era de esperar la falla aparece claramente utilizando un filtro de 5000 Hz, y la gran diferencia que existe entre esta falla avanzada y la primera que se observo es que se mostraba una falla leve, es la magnitud en la amplitud de los peak. Esto es totalmente esperable ya que en la energía vibratoria cuando la falla esta mas avanzada es mayor y de ahí el incremento en la amplitud de los peak. Para este caso también se busco con un filtro a 20000 Hz, dicho resultado se muestra en el siguiente espectro. 6 6

RMS Acceleration in G-s

0.10 0.08

A

B

C

- BANCO UMAG (2) FIL 20000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:55:53 (PkVue- HP 20 kHz) OVRALL= .1551 A-DG RMS = .1544 LOAD = 100.0 RPM = 1102. RPS = 18.36

D

0.06 0.04 0.02 0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

1000

Acceleration in G-s

2.0

>SKF 30203 A=FTF B=BSF C=BPFO D=BPFI

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:55:53 (PkVue- HP 20 kHz) RMS = .1314 PK(+) = 1.70 PK(-) = .1275 CRESTF= 12.91

1.5 1.0 0.5 0 -0.5 0

100

200

300

400 Time in mSecs

500

600

700

800

Freq: Ordr: Spec:

110.00 5.990 .06396

Fig. 6.12 Espectro Peakvue con filtro a 20000 Hz de una falla avanzada en la pista exterior.

En este último espectro se puede ver una disminución considerable en los peak de la frecuencia de falla características de la pista externa. Esta disminución es alrededor del 50 %, lo que se puede explicar como en el caso anterior por la energía vibratoria que queda fuera cuando se utiliza un filtro de 20000 Hz.

6.5 ANALISIS COMPARATIVO ENTRE PEAKVUE Y OTRAS TECNICAS EN FUNCION A VARIABLES COMO VELOCIDAD, CANTIDAD DE DAÑO Y CARGA.

Para este análisis, es fundamental identificar las variables que intervienen en el trabajo del Peakvue como en el de las otras técnicas.

En función a esto, es que variables como la velocidad y la cantidad de daño fueron dos de las cosas que se probaron en los ensayos de laboratorio. Jugando con estas dos variables se encuentra respuesta a interrogantes como: ¿es Peakvue eficaz en la detección de fallas de rodamientos, independiente de a la velocidad de giro de la maquina?, ¿se encuentra alguna diferencia en el espectro cuando aumenta el daño?. Por otro lado, se tiene que comparar el Peakvue con otras técnicas de manera de ver que tan efectivo será esta técnica para la detección de fallas en rodamientos, con respecto a las otras enunciadas. Las técnicas utilizadas para comparar el Peakvue son: demodulacion, espectro de aceleración y el factor de cresta. Técnicas que también están incluidas en el analizador y recolector CSI 2120. A continuación, se detalla un esquema que tiene como finalidad expresar gráficamente como se aborda el análisis siguiente.

Fig. 6.13 Esquema en el que se basan las conclusiones.

En adelante se encuentran las respuestas a esas y otras interrogantes que partieron del análisis de los espectros obtenidos con las técnicas ya descritas anteriormente.

6.5.1 ANÁLISIS DE LAS TÉCNICAS DE DETECCIÓN DE FALLAS EN RODAMIENTOS EN FUNCIÓN A LA VELOCIDAD.

Es necesario exponer que para este análisis, se considero constante la otra variable que es la cantidad de daño, para observar solo el comportamiento de las técnicas en función a la velocidad. El daño escogido para esta parte, es un rodamiento 30203, con múltiples rayas sobre su pista exterior. Por otro lado,

también de suma importancia es dar a conocer que, independientemente de la velocidad se utilizo el mismo filtro pasa alto y el mismo ancho de banda.

6.5.1.1

Comparación de Peakvue, Demodulacion y Espectro de Aceleración a una velocidad de giro de 18 Hz.

Analizando el espectro de la figura 6.14 procesado con Peakvue se tiene que, se encuentra excitada la frecuencia de paso de bola por la pista externa (BPFO), que es lo esperable en este ensayo, ya que se dijo anteriormente que se indujo este tipo de fallas en el rodamiento examinado. Lo importante de este análisis es mostrar la claridad con que Peakvue muestra esta falla. También es notoria la cantidad de armónicos que existen de las frecuencia excitada (exactamente 8), lo que habla de un daño considerable sobre la pista de rodadura. Esta cantidad de armónicos de la frecuencia que esta acusando la falla, obedece a que la señal moduladora pierde la forma de sinusoide perfecta debido a que el daño es avanzado, esto genera una señal temporal muy irregular, por lo que aparecen otras frecuencias mas elevadas transportada por la frecuencia moduladora principal que tienden a modular también el impacto de bola sobre la fisura. Otro de los datos importantes que entrega este gráfico del espectro de la figura 6.14 es la amplitud de la frecuencia excitada que corresponde a 0.13 g aproximadamente. Por otro lado, en el espectro de la Demodulacion de la figura 6.15 el daño también es identificable claramente, existen la misma cantidad de armónicos de

la frecuencia excitada, que cuando se examinó con Peakvue. Pero evidentemente hay una gran diferencia con el espectro del Peakvue, ya que en este caso el peak de la frecuencia excitada es mucho menor, aproximadamente corresponde a un 88.5% menos del valor mostrado con el Peakvue. Esto indica erróneamente que la cantidad de fisuras en la pista exterior del rodamiento es mucho menos que las que detecto Peakvue. El caso en que se quiere detectar la falla en el rodamiento utilizando el espectro de aceleración es el que se tiene en la figura 6.16. Aquí si bien en la forma de onda se pueden ver unos impactos estos no son posibles de ver en el espectro de esta señal. Tampoco es posible encontrar en el espectro una frecuencia que este modulando alguna de las que están excitadas, que son bastante pero que no tiene ningún patrón de falla de rodamientos. Posiblemente debido a la falta de resolución del espectro obtenido en el equipo de vibraciones utilizado. De la misma figura 6.16, si se toma en cuenta la de forma de onda, como se digo antes, se encuentran claramente marcados los impactos de las bolas sobre las fisuras de la pista. Cuando se realiza un análisis de esta forma de onda sobre las zonas de los impactos se puede llegar a determinar que el periodo de esta señal es exactamente el que produce la excitación de la frecuencia característica de falla de la pista externa. Se puede concluir entonces que en un análisis de la forma de onda también se puede

llegar a

detectar el daño sobre el rodamiento, pero en este análisis no es tan evidente el daño como en el caso de Demodulacion o Peakvue.

Si es importante el dato que aporta este espectro de aceleración respecto al factor de cresa, que indica un valor de 8.99. Este valor según el criterio explicado en el capitulo 4, indica que se esta en presencia de un daño incipiente ya que han crecido los valores peak respecto a los históricos que para esta caso en particular se compararon con los peak de un rodamiento en buen estado. RMS Acceleration in G-s

6 5

0.20 0.16 A B

C

- BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:21:38 (PkVue-HP 5000 Hz) OVRALL= .2558 A-DG RMS = .2553 LOAD = 100.0 RPM = 1071. RPS = 17.85

D

0.12

BPFO

0.08 0.04

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

2.0

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:21:38 (PkVue-HP 5000 Hz) RMS = .2346 PK(+) = 1.52 PK(-) = .2227 CRESTF= 6.47

1.5 1.0 0.5 0 -0.5 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

Freq: 111.55 Ordr: 6.248 Spec: 124

800

RMS Acceleration in G-s

Fig. 6.14. Espectro del Peakvue con una velocidad de giro 18 Hz. 5

0.020 0.015

A

B

C

6 - BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1DV SOPORTE 1 DEMODULACION VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:21:55 (Demod-HP 5000 Hz) OVRALL= .0317 A-DG RMS = .0316 LOAD = 100.0 RPM = 1080. RPS = 17.99

D

0.010 0.005

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

0.32

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:21:55 (Demod-HP 5000 Hz) RMS = .0359 PK(+) = .2360 PK(-) = .0650 CRESTF= 6.58

0.24 0.16

1/BPFO

0.08 0 -0.08 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

800

Freq: 111.53 Ordr: 6.198 Spec: .01447

Fig. 6.15 Espectro de la Demodulacion a una velocidad de giro de 18 Hz.

RMS Acceleration in G-s

5

0.040

6 - BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1NV SOPORTE 1 ACELERACION VERTI ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:21:46 OVRALL= .1754 A-DG RMS = .1750 LOAD = 100.0 RPM = 1074. RPS = 17.90

0.032 0.024 0.016 0.008 0 0

10000

20000 Frequency in Hz

30000

40000

Acceleration in G-s

1.5

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:21:46 RMS = .1358 PK(+) = 1.22 PK(-) = 1.17 CRESTF= 8.99

1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 0

5

10 Time in mSecs

15

20

Freq: 668.75 Ordr: 37.36 Spec: .02539

Fig. 6.16. Espectro de aceleración a una velocidad de 18 Hz.

6.5.1.2

Comparación de Peakvue, Demodulacion y Espectro de Aceleración a una velocidad de giro de 7.8 Hz.

En la figura 6.17 el procesador Peakvue fue capaz de detectar la falla existente sobre la pista externa del rodamiento, con una amplitud de 0.012 g aproximadamente, que comparativamente es menor que en el caso en que maquina giraba a 18 Hz. La explicación de este cambio en la amplitud de la frecuencia excitada encuentra base si se piensa que a una menor velocidad de giro, son menores las fuerzas generadas por el impacto de la bola sobre la fisura. Existe también un detalle, no menor, que se aprecia en el espectro, y esto es que los armónicos de la frecuencia excitada no presentan excitación, como es

el caso del 3XBPFO y tampoco se cumple con el orden decreciente en amplitud de los armónicos de la frecuencia excitada. Esto se puede explicar también por el cambio de velocidad, ya que como se explico las fuerzas generadas a esta velocidad son menores para el caso en que la maquina gira más rápido. Pero también estas fuerzas son muy variables, por lo que las frecuencias que acompañan a la moduladora reciben menos energía vibratoria, explicando de esta manera que incluso algunas frecuencias ni siquiera

se exciten. Por otro lado, respaldándose en la figura 7.10 del

capítulo 7 se puede decir que a esta velocidad de giro de la maquina la banda donde se encuentra la excitación de las frecuencias características de daño es menor, explicando así, que las amplitudes de las frecuencias excitadas en este caso son menores. En la figura 6.18 se presenta el espectro de la demodulacion en el que se logra apreciar el daño que presenta el rodamiento (frecuencia de paso de bola por la pista externa, BPFO), eso si, con mucho menos amplitud con respecto al espectro tomado en demodulación pero con una velocidad de giro de 18 Hz. También se observa una considerable baja en la amplitud si se compara este espectro con el de Peakvue para la misma velocidad. Esto puede generar un problema porque al ser menor la amplitud, puede interpretarse como que el número de fisuras no es considerable comparativamente con las detectadas con el Peakvue. Otra de las cosas que se pueden observar en este espectro es la irregularidad en la amplitud de los armónicos de la frecuencia BPFO, llegando incluso a que el 2XBPFO sea mayor en amplitud que la misma frecuencia que genera el daño. Tomando en consideración el espectro de aceleración de la figura 6.19 para el análisis, se debe decir que este no aporta a detectar ninguna falla de este de elemento de maquina en cuestión. Tal como para el caso en que la maquina gira a 18 Hz no se encuentra un patrón que indique la falla provocada en el rodamiento. El análisis de la forma de onda también aporta el dato del periodo que genera la frecuencia de daño.

Del mismo espectro se tiene que el factor de cresta es 9.06. Este valor aumenta respecto al histórico, considerando que se toma como histórico el caso donde el rodamiento esta el buen estado. 6 7

RMS Acceleration in G-s

0.020

- BANCO UMAG (3) FIL 5000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 17:52:26 (PkVue-HP 5000 Hz) OVRALL= .0423 A-DG RMS = .0421 LOAD = 100.0 RPM = 471. RPS = 7.84

0.016 AB C D 0.012 0.008 0.004

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0

Acceleration in G-s

0

200

400

600 Frequency in Hz

800

1.2 1.0

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 17:52:26 (PkVue-HP 5000 Hz) RMS = .0505 PK(+) = .9588 PK(-) = .0501 CRESTF= 18.98

0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

Freq: 49.38 Ordr: 6.295 Spec: .01215

800

RMS Acceleration in G-s

Fig. 6.17. Espectro de Peakvue a una velocidad de giro de 7.8 Hz. 7

0.005

6 - BANCO UMAG (3) FIL 5000 HZ -1DV SOPORTE 1 DEMODULACION VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 17:52:45 (Demod-HP 5000 Hz) OVRALL= .0129 A-DG RMS = .0129 LOAD = 100.0 RPM = 473. RPS = 7.88

0.004 AB C D 0.003 0.002 0.001

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

0.12

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 17:52:45 (Demod-HP 5000 Hz) RMS = .0129 PK(+) = .1115 PK(-) = .0202 CRESTF= 8.67

0.09 0.06 0.03 0 -0.03 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

800

Freq: 49.38 Ordr: 6.262 Spec: .00302

Fig. 6.18. Espectro de Demodulacion A una velocidad de giro de 7.8 Hz

RMS Acceleration in G-s

7

0.024

6 - BANCO UMAG (3) FIL 5000 HZ -1NV SOPORTE 1 ACELERACION VERTI ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 17:52:36 OVRALL= .0462 A-DG RMS = .0464 LOAD = 100.0 RPM = 470. RPS = 7.83

0.018 0.012 0.006 0

Acceleration in G-s

0

10000

20000 Frequency in Hz

30000

40000

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 17:52:36 RMS = .0420 PK(+) = .3803 PK(-) = .3653 CRESTF= 9.06

0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 0

5

10 Time in mSecs

15

20

Freq: 993.75 Ordr: 126.86 Spec: .01233

Fig. 6.19. Espectro de aceleración a una velocidad de giro de 7.8 Hz.

. 6.5.1.3 Comparación de Peakvue Demodulacion y espectro de aceleración a una velocidad de giro de 3 Hz.

En la figura 6.20 se observa el espectro de Peakvue, del que se deduce que el rodamiento esta dañado, aun sigue excitada la frecuencia de paso de bola por pista externa y aparecen ciertos armónicos levemente excitados, por lo que se puede hablar que Peakvue detecta la falla. En la figura 6.21 se tiene el espectro de la demodulacion con la misma velocidad de giro que para Peakvue. En esta, se logra identificar levemente excitada la frecuencia de BPFO. Según lo leído del espectro esta maquina con esta velocidad de giro y a esta carga, se puede afirmar que presenta un leve problema.

En cuanto el espectro de aceleración, este, como en los casos anteriores, tampoco nuestra información necesaria como para descubrir el daños provocado en el rodamiento. La forma de onda tampoco aporta datos esta vez. El factor de cresta es 2.79 lo que indica

malamente al compararlo con el

histórico, que el rodamiento esta funcionando en condición normal.

RMS Acceleration in G-s

6 9

0.005

- BANCO UMAG (4) FIL 5000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 18-Jan-01 13:40:37 (PkVue-HP 5000 Hz) OVRALL= .0146 A-DG RMS = .0145 LOAD = 100.0 RPM = 180. RPS = 3.00

0.004 BCD 0.003 0.002 0.001

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

0.25

WAVEFORM DISPLAY 18-Jan-01 13:40:37 (PkVue-HP 5000 Hz) RMS = .0105 PK(+) = .1863 PK(-) = .0045 CRESTF= 17.82

0.20 0.15 0.10 0.05 0 -0.05 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

800

Freq: 17.68 Ordr: 5.893 Spec: .00223

RMS Acceleration in G-s

Fig. 6.20. Espectro de Peakvue a una velocidad de giro de 3 Hz. 9

0.00012 0.00009

6 - BANCO UMAG (4) FIL 5000 HZ -1DV SOPORTE 1 DEMODULACION VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 16:25:41 (Demod-HP 5000 Hz) OVRALL= .0004 A-DG RMS = .0004 LOAD = 100.0 RPM = 180. RPS = 3.00

BCD

0.00006 0.00003

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

0.016

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 16:25:41 (Demod-HP 5000 Hz) RMS = .0006 PK(+) = .0117 PK(-) = .0009 CRESTF= 20.25

0.012 0.008 0.004 0 -0.004 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

800

Freq: 18.13 Ordr: 6.042 Spec: .00007

Fig. 6.21. Espectro de demodulacion con una velocidad de 3 Hz.

RMS Acceleration in G-s

9

0.0025

6 - BANCO UMAG (4) FIL 5000 HZ -1NV SOPORTE 1 ACELERACION VERTI ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 16:25:30 OVRALL= .0034 A-DG RMS = .0034 LOAD = 100.0 RPM = 180. RPS = 3.00

0.0020 0.0015 0.0010 0.0005 0 0

10000

20000 Frequency in Hz

30000

40000

Acceleration in G-s

0.012

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 16:25:30 RMS = .0032 PK(+) = .0075 PK(-) = .0088 CRESTF= 2.79

0.008 0.004 0.000 -0.004 -0.008 -0.012 0

5

10 Time in mSecs

15

20

Freq: 656.25 Ordr: 218.75 Spec: .00065

Fig. 6.22. Espectro de aceleración a una velocidad de 3 Hz.

6.5.2

ANÁLISIS DE LAS TÉCNICAS DE DETECCIÓN DE FALLAS EN RODAMIENTOS EN FUNCIÓN A LA CANTIDAD DE DAÑO.

Para el análisis de la cantidad de daño se mantendrá constante la velocidad de giro en 18 Hz. con el objetivo de verificar el comportamiento solo de esta variable.

Los daños que se estudiaran a continuación son dos. En uno de los casos se rayo varias veces la pista exterior en cuatro zonas distintas, en tanto el otro

caso estudiado solo se rayo una ves la pista exterior. Ambos caso se usaron rodamientos semejantes.

En este estudio también se considero constantes para cada daño, el filtro pasa alto y el ancho de banda.

6.5.2.1 Análisis con Peakvue para identificar la cantidad de daño en rodamientos.

Si se observa, en ambos casos, Peakvue es capaz de detectar la falla, es mas, indica que el daño que tiene el rodamiento es bastante severo por la cantidad de armónicos que existen en ambos casos. Al comparar los espectros se observa que las frecuencias excitadas son exactamente las mismas. Por lo que se concluye que las fisuras provocadas en los rodamientos, en ambos casos tienen las mismas dimensiones, solo cambia la cantidad de fisuras que se provoco en uno y otro rodamiento. Es por esto último que también se explica la variación en las amplitudes de las frecuencias excitadas. En el caso del rodamiento que tiene varias fisuras, la frecuencia BPFO es diez veces mayor que para el caso en que el rodamiento tiene solo una fisura. Lo expuesto aquí es explicable, ya que lo que capta el sensor en el caso del rodamiento que tienen varias fisuras es la suma vectorial de todos los impactos provocados por la bolas al pasar por cada una de las fisuras, en cambio en el otro caso al existir solo una fisura por lo que el sensor capta es solo un impacto.

RMS Acceleration in G-s

6 5

0.20 0.16 A

B

C

- BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:21:38 (PkVue-HP 5000 Hz) OVRALL= .2558 A-DG RMS = .2553 LOAD = 100.0 RPM = 1071. RPS = 17.85

D

0.12 0.08 0.04

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

2.0

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:21:38 (PkVue-HP 5000 Hz) RMS = .2346 PK(+) = 1.52 PK(-) = .2227 CRESTF= 6.47

1.5 1.0 0.5 0 -0.5 0

100

200

300

400 Time in mSecs

500

600

700

Freq: Ordr: Spec:

800

111.25 6.232 .124

Fig. 6.23. Espectro de Peakvue de un rodamiento con varias rayas en la pista externa.

RMS Acceleration in G-s

6 5

0.020 0.016 A

B

C

- BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1PV SOPORTE 1 PEAKVUE VERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 15:33:02 (PkVue-HP 5000 Hz) OVRALL= .0431 A-DG RMS = .0430 LOAD = 100.0 RPM = 1080. RPS = 18.00

D

0.012 0.008 0.004

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

0.5

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 15:33:02 (PkVue-HP 5000 Hz) RMS = .0338 PK(+) = .4379 PK(-) = .0289 CRESTF= 12.94

0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 0

100

200

300

400 500 Time in mSecs

600

700

800

Freq: 111.00 Ordr: 6.166 Spec: .01300

Fig. 6.24. Espectro de Peakvue de un rodamiento con una raya en la pista externa.

6.5.2.2

Análisis con Demodulacion para identificar la

cantidad de

daños en rodamientos.

Cuando se quiere estudiar la cantidad de daño que existe en un rodamiento utilizando la Demodulación, sucede algo bastante similar a lo que pasa cuando se estudia con el Peakvue. Si existe una gran diferencia en las amplitudes con la que muestra el daño la Demodulacion con respecto a lo ya visto con Peakvue, cumpliéndose aquí también que las amplitudes mostradas con Demodulacion son menores debido a qué la demodulación no captura solo el pick de un período de tiempo como Peakvue, sino que captura toda la señal

RMS Acceleration in G-s

envolvente.

5

0.020 0.015

A

B

C

6 - BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1DV SOPORTE 1 DE MODULACION V ERTICAL ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:21:55 (Demod-HP 5000 Hz) OVRALL= .0317 A-DG RMS = .0316 LOAD = 100.0 RPM = 1080. RPS = 17.99

D

0.010 0.005

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0 0

200

400

600 Frequency in Hz

800

Acceleration in G-s

0.32

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:21:55 (Demod-HP 5000 Hz) RMS = .0359 PK(+) = .2360 PK(-) = .0650 CRESTF= 6.58

0.24 0.16 0.08 0 -0.08 0

100

200

300

400 500 Time in m Secs

600

700

800

Freq: 111.25 Ordr: 6.182 Spec: .01447

Fig. 6.25. Espectro de Demodulacion de un rodamiento con varias rayas en la pista externa.

RMS Acceleration in G-s

6 - BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1DV SOPORTE 1 DE MODULACION V ERTICAL

5

0.0 05 0.0 04 A

B

C

ROUT E SPECTRUM 16-Apr-05 1 5:33:25 (Dem od-HP 50 00 Hz) OVRAL L= .01 11 A-DG RMS = .0111 LOAD = 100. 0 RPM = 1079. RPS = 17.99

D

0.0 03 0.0 02 0.0 01

>SKF 30203 A=FTF B=BSF 1000 C=BPFO

0

Acceleration in G-s

0

200

400

6 00 Fre quenc y in Hz

800

0 .21 0 .18

WAV EFORM DISPLAY 16-Apr-05 1 5:33:25 (Dem od-HP 50 00 Hz) RMS = .0111 PK(+) = .1713 PK(-) = .0148 CRE STF= 15.41

0 .15 0 .12 0 .09 0 .06 0 .03 0 -0 .03 0

100

2 00

300

400 500 Time in m Secs

6 00

700

800

Freq: 111.12 O rdr: 6.176 Spec: .00371

Fig. 6.26. Espectro de Demodulacion de un rodamiento con una raya en la pista externa.

Análisis con Espectro de aceleración para identificar la cantidad

RMS Acceleration in G-s

de daños en rodamientos.

5

0.010

6 - BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1NV SOPORTE 1 ACELERACION VERTI ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 15:10:47 OVRALL= .0238 A-DG RMS = .0240 LOAD = 100.0 RPM = 1080. RPS = 18.00

0.008 0.006 0.004 0.002 0 0

10000

20000 Frequency in Hz

30000

40000

0.12 Acceleration in G-s

6.5.2.3

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 15:10:47 RMS = .0222 PK(+) = .0967 PK(-) = .0701 CRESTF= 4.35

0.08 0.04 0 -0.04 -0.08 0

5

10 Time in mSecs

15

20

Freq: 668.75 Ordr: 37.15 Spec: .00418

Fig. 6.27. Espectro de aceleración de un rodamiento en buenas condiciones

RMS Acceleration in G-s

5

0.040

6 - BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1NV SOPORTE 1 ACELERACION VERTI ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 14:21:46 OVRALL= .1754 A-DG RMS = .1750 LOAD = 100.0 RPM = 1074. RPS = 17.90

0.032 0.024 0.016 0.008 0 0

10000

20000 Frequency in Hz

30000

40000

Acceleration in G-s

1.5

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 14:21:46 RMS = .1358 PK(+) = 1.22 PK(-) = 1.17 CRESTF= 8.99

1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 -1.5 0

5

10 Time in mSecs

15

20

Freq: 668.75 Ordr: 37.36 Spec: .02539

RMS Acceleration in G-s

Fig. 6.28. Espectro de un rodamiento con varias rayas en la pista exterior

5

0.008

6 - BANCO UMAG (2) FIL 5000 HZ -1NV SOPORTE 1 ACELERACION VERTI ROUTE SPECTRUM 16-Apr-05 15:33:15 OVRALL= .0282 A-DG RMS = .0283 LOAD = 100.0 RPM = 1080. RPS = 18.00

0.006 0.004 0.002 0

Acceleration in G-s

0

10000

20000 Frequency in Hz

30000

40000

0.09 0.06

WAVEFORM DISPLAY 16-Apr-05 15:33:15 RMS = .0184 PK(+) = .0618 PK(-) = .0994 CRESTF= 5.41

0.03 0.00 -0.03 -0.06 -0.09 -0.12 0

5

10 Time in mSecs

15

20

Freq: 968.75 Ordr: 53.82 Spec: .00589

Fig. 6.29. Espectro de un rodamiento con una rayas en la pista exterior

Cuando se utiliza como método de análisis el espectro de aceleración para identificar el daño en el rodamiento, se llega a la conclusión que este tipo de

espectro por si solo,

no aporta a descubrir el daño en rodamiento. Por lo

menos en esta etapa de la falla. Lo único que se identifica claramente es una concentración de energía por sobre lo 10.000 Hz que es donde se encuentran las frecuencias de falla características del rodamiento, pero que en este espectro no se pueden identificar bajo ningún patrón de análisis. Sin embargo, en la forma de onda que genera este espectro si se puede apreciar claramente los impactos provocados por el paso de la bola sobre las fisuras provocadas en la pista exterior del rodamiento. En una expansión del eje del tiempo se puede observar que el periodo de la señal entre las zona de impacto es precisamente 1/BPFO. Con lo que de demuestra que el daño se encuentra presente, pero se pierde cuando se realiza el calculo del espectro de esta señal esto se puede observar en la figura siguiente. 5

1.5

6 -BANCOUMAG (2) FIL 5000 HZ -1NV SOPORTE 1 ACELERACION VERTI Waveform Display 16-Apr-05 14:21:46 RMS = .1358 LOAD =100.0 RPM= 1074. RPS = 17.90

Ac celeration in G-s

1.0

PK(+) =1.22 PK(-) =1.17 CRESTF= 8.99

0.5

0

-0.5

9.013 1/BPFO

-1.0

-1.5 0

5

10 Time inmSecs

15

20

Time: Ampl:

11.65 -1.000

Fig. 6.30. Señal temporal de un rodamiento dañado en la pista externa.

Se tiene de la figura que

T = 9.013 mseg. También se conoce que f = 1/T,

por lo que se puede decir que la frecuencia

con que ocurren estos impactos

es f =0.11096, este valor se debe de multiplicar por 1000 ya que el tiempo esta dado en mil segundos, por lo que la frecuencia que se debe excitar es

justamente f = 110.9 que corresponde a la frecuencia de paso de bola por pista externa BPFO.

Respecto al comparar el factor de cresta entre un rodamiento bueno, uno con varias fisuras sobre su pista exterior y otro con solo una fisura se observa que en el caso del rodamiento con una fisura existe un leve alza de los valores peak, utilizando el criterio del capitulo 4 se concluye que se a comenzado a iniciar una falla incipiente. En el espectro que da cuenta del rodamiento con varias fisuras aprecia que los valores peak han aumentado notoriamente haciendo que el factor de cresta tenga el valor mas alto de lo tres casos expuestos.

7.4 VARIACIÓN DE LA CARGA SOBRE LOS SOPORTES. Cuando se realizaron los ensayos de laboratorio de las otras variables, otra de las variables que se intento conjugar fue la carga sobre los soportes, pero dado que el banco de ensayos no es apto para este tipo de trabajo no se pudo cumplir. Aun así, se puede decir que, el que los soportes reciban mas carga solo haría que las fallas a baja velocidades de giro se acentúen más.

6.6 IMPLEMENTACION DE PEAKVUE EN CASOS REALES. 6.6.1 Espectro de bomba con desperfectos incipientes en un de sus rodamientos. En la figura 6.31 con la utilización del procesador Peakvue lo logra apreciar el inicio de una falla.

RMS Acc ele rat ion in G - s

P-3B

0.24 A

0.20

B C

5 -BOMBA PROCESO POSESION -4MV PEAKVUE MOTOR L.ACOPLA. VERTICAL ROUTE SPECTRUM 19-Mar-04 13:51:11 (PkVue-HP 2000 Hz) OVRALL= .5677 A-DG RMS = .5648 LOAD =100.0 RPM= 2978. RPS = 49.63

D

0.16 0.12 0.08

>SKF 6312 A=FTF B=BSF C=BPFO 2000 D=BPFI

0.04 0 0

500

1000 Frequency inHz

1500

Ac celerat io n in G- s

5

WAVEFORMDISPLAY 19-Mar-04 13:51:11 (PkVue-HP 2000 Hz) RMS = .5883 PK(+) =2.89 PK(-) =1.06 CRESTF=4.92

4 3 2 1 0 -1 0

100

200

300

400 Time inmSecs

500

600

700

Freq: Ordr: Spec:

800

245.00 4.937 .09375

RMS Acc ele ration in G-s

Fig. 6.31 Indicio de una falla incipiente mostrada con Peakvue.

P-3B

0.12

5 -BOMBA PROCESO POSESION -4MM MODULACION MOTOR LACOPLA VERTIC ROUTE SPECTRUM 19-Mar-04 13:51:19 (Demod-HP 2000 Hz) OVRALL= .3038 A-DG RMS = .3024 LOAD =100.0 RPM= 2974. RPS = 49.56

0.09 0.06 0.03 0

Ac celeration in G-s

0

500

1000 Frequency inHz

1500

2000

1.6 1.2

WAVEFORM DISPLAY 19-Mar-04 13:51:19 (Demod-HP 2000 Hz) RMS = .3073 PK(+) =1.46 PK(-) =.7287 CRESTF=4.76

0.8 0.4 0.0 -0.4 -0.8 -1.2 0

50

100 Time inmSecs

150

200

Freq: Ordr: Spec:

244.26 4.928 .02271

Fig. 6.32 Señal del punto anterior procesado con Demodulacion.

Según el análisis que se puede hacer de este espectro, se puede decir que existe un aumento de la amplitud de la frecuencia de paso de bola por pista externa BPFO, pero esta no es acompañada de ninguna armónica, se puede decir entonces se esta en presencia de un daño muy incipiente, aunque la amplitud de esta frecuencia es la mayor del espectro.

Sin embargo, la frecuencia que presenta mas alteración es la de paso de bola por pista interna BPFI, que es acompañada por la presencia de la excitación de varias de sus armónicas. Esto centraliza mas el daño sobre la pista interna, mas aún, cuando se analiza la envolvente se encuentra claramente que el periodo de repetición en algunos peak es el que genera la excitación de la BPFI. Para este caso, como para todos los caso reales, se tiene que señal de la envolvente no es tan clara como para los casos que se vieron en el laboratorio, no hay que olvidar que se esta chequeando una maquina que pertenece a una planta por lo que existen muchas otras fuentes de vibración cerca del punto en el que se esta midiendo. En el espectro de la figura 6.32 se observa la medición

del mismo punto

realizada con Demodulacion segundos después de que se hiciera con Peakvue. En este espectro ya no es identificable el daño, aunque existen varios peak, muchos de estos corresponden a la frecuencia de giro de la maquina y otro peak que existente no cumple con ningún patrón que señale daño en rodamiento. Como es necesario, en toda gestión de mantenimiento predictivo, se debe de cuantificar los costos por la detección a tiempo de la falla. Esto es algo subjetivo pero se tienen que considerar por ejemplo cosas como, que tan critica es la maquina, el valor la perdida de producción por no detectar la falla a tiempo y el costo que tendrían otros elementos que se dañarían al no detectar la falla a tiempo como puede ser el sello de la bomba. Esta es la única forma de demostrar que tan bueno es el mantenimiento predictivo para la empresa que contrata estos servicios en forma externa, o que tan rentable se hace de contar con un mantenimiento predictivo de misma empresa. 6.6.2 Importancia de la buena ubicación del sensor para efectuar una muestra. Para ejemplificar la importancia que tiene una buena ubicación del sensor se ha escogido una maquina de proceso que es de funcionamiento axial, como es

el caso de un aéreo ventilador. En la figura 6.33 de aprecia la ubicación del

RMS Acc ele rat ion in G- s

sensor en forma axial y en l figura 6.34 al posición vertical del rodamiento. 5 -ENFRIADOR DESC. DELC3 E8-Nº6 -3VA PAEKVUE EJE L.POLEA AXIAL

0.012

ROUTE SPECTRUM 19-Mar-04 13:23:05 (PkVue-HP 500 Hz) OVRALL= .0387 A-DG RMS = .0384 LOAD =100.0 RPM = 259. RPS = 4.32

0.009 0.006 0.003 0 0

20

40

60

80

100

Ac celerat ion in G- s

Frequency inHz 0.7 0.6

WAVEFORMDISPLAY 19-Mar-04 13:23:05 (PkVue-HP 500 Hz) RMS = .0326 PK(+) =.5497 PK(-) =.0250 CRESTF=16.86

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 0

1

2

3

4 Time inSeconds

5

6

7

8

Freq: Ordr: Spec:

4.320 1.000 .00757

RMS Acc ele ration in G-s

Fig. 6.33. Espectro tomado con el sensor ubicado en forma axial.

5 -ENFRIADOR DESC. DELC3 E8-Nº6 -3VV PAEKVUE EJE L.POLEA VERTICAL

0.016

ROUTE SPECTRUM 19-Mar-04 13:24:49 (PkVue-HP 500 Hz) OVRALL= .0552 A-DG RMS = .0549 LOAD =100.0 RPM = 259. RPS = 4.32

0.012 0.008 0.004 0 0

20

40

60

80

100

Ac celeration in G-s

Frequency inHz 1.2 1.0

WAVEFORM DISPLAY 19-Mar-04 13:24:49 (PkVue-HP 500 Hz) RMS = .0632 PK(+) =1.01 PK(-) =.0242 CRESTF=16.00

0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 0

1

2

3

4 Time inSeconds

5

6

7

8

Freq: Ordr: Spec:

4.319 1.000 .00909

Fig. 6.34. Espectro tomado con el sensor ubicado en forma vertical.

En estos espectro anteriores no se encuentra algún patrón que indique que se esta en presencia de un daño en el rodamiento y lo peak que se aprecian corresponden a la frecuencia de giro de la maquina. Pero si resulta extremadamente gráfico lo que sucede cuado se ubica mal el sensor para hacer una medición.

Como se tiene en antecedente esta maquina es funcionamiento axial. Sin saber nada más y comparando la medida del sensor ubicado en forma axial y vertical del punto, se tiene que el sensor que esta trabajando en forma axial muestra mucho mas claro los únicos peak existentes en esa zona que son los que corresponden a frecuencia de giro de la maquina. Esto es debido a que las ondas de la vibración se propagan mejor en el sentido que se apoya la carga en rodamiento.

Fig. 6.35. Esquema de la posición de los sensores al momento capturar la señal. En el esquema de el la figura 6.35, se expone como se deben de colocar los sensores. En caso que la maquina sea de funcionamiento axial los sensores deben estar dispuestos en forma axial sobre los soportes. En cambio, cuando la maquina es de funcionamiento vertical los sensores deberán estar orientados en forma vertical (o radial). 6.6.3 Notas de la implementación del Peakvue en los casos reales.

•

El Peakvue solo se implementó en las maquinas que estaban en condiciones normales de funcionamiento. No olvidar, que por razones de productividad, existen maquina que al momento de realizar los chequeos se encontraron detenidas. No obstante se obtuvieron una cantidad considerables de espectros que se analizaron para, por ultimo, escoger los casos más característicos o cosos en que se encontraron daños, para exponer en este trabajo.

•

En muchos de los casos analizados no se contaba con los datos actualizados de los rodamientos. Por lo que el análisis de estas maquinas fue realizado con ciertas deficiencias.

•

Casos de rodamientos en estado incipiente de daño no se encontró más que uno, lo cual es un buen augurio para el mantenimiento de planta.

6.7 ESPECTROS APORTADOS POR OTROS ANALISTAS. En los siguientes espectros se muestran unos casos que son aporte de otros analistas que han implementado Peakvue.

Fig. 6.36. Espectro tomado con la ayuda de filtro pasa alto

En este espectro de la figura 6.36 solo se utilizo un filtro pasa alto de 500 Hz. Seguramente por las características del rodamiento y la baja velocidad de trabajo de la maquina, basto solo el filtro para darse cuenta que algo anómalo estaba sucediendo. En cambio, en la figura 6.37 se puede apreciar que con la ayuda del procesador Peakvue y un filtro 2000 Hz. se detecto la falla. Este espectro tiene

la particularidad de que se acompaña del espectro de la forma de onda. Al igual que en todos los caso que se exponen en esta tesis.

Fig. 6.37 espectro de una falla incipiente y su forma de onda correspondiente.

Por ultimo, en la figura 6.38 se demuestra como es de fácil identificar cual de los elementos de un rodamiento es el que generara la falla con la utilización de las frecuencias de falla propias del rodamiento. En el espectro, se puede apreciar claramente como la frecuencia de falla que corresponde al paso de bola por la pista exterior, ha elevado la amplitud y también sus respectivas armónicas. En este caso también el espectro se acompaña de la forma de onda. Lo rescatable de esto es que si se pone atención en la forma de onda no hay ninguna frecuencia que pase el limite de las alarmas, pero si ahora se observa el espectro se logra apreciar que ya se esta en presencia de una falla incipiente, por lo cual el monitoreo de esta maquina se debe se hacer mas exhaustivamente.

Fig. 5.38 Utilización de frecuencias de falla característica de los rodamientos en el análisis.

CAPITULO 7 “CONCLUSIONES”

7.1 CONCLUSIONES. En esta conclusión se pretende ser lo mas objetivo posible, de forma de entregar de un punto de vista crítico de las capacidades y desventajas que tiene la técnica implementada. Para esto se realizaron varias prueba que se expusieron en el capitulo anterior, y que, en este capitulo, se concluirán. En una primera etapa se concluirá con respecto a cada una de las variables que se probaron, para luego resumir todas estas críticas enumerando todas las ventajas y desventajas que se encuentran de la técnica utilizada. 7.2 Conclusión de variar la velocidad. •

En la detección de la falla provocada en el rodamiento, fueron efectivas dos de las cuatro técnicas probadas Peakvue y Demodulacion. Factor de cresta en dos de las tres velocidades propuestas para los ensayos se comporto medianamente bien, porque en la tercera velocidad (la más baja de 3 Hz.), no acusó el daño. Y por ultimo, utilizar el especto de aceleración para detectar la falla con este grado de avance resulto totalmente desechada, pues a ninguna de las tres velocidades acusó la falla.

•

Comparativamente Peakvue resalta más la amplitud de la falla que la demodulacion. Esto es debido a que Peakvue al realizar un muestreo a alta frecuencia detectando solo el peak de un intervalo de tiempo muy pequeño. Amplificando el problema existente en el rodamiento.

•

Si se toma en cuenta solo la técnica del Peakvue se puede concluir que, a medida que baja la velocidad también diminuye, los peak y las armónicas de la frecuencia que provoca la falla. La explicación de este fenómeno,

se tiene cuando se interpretan los gráficos extraídos del

manual de CSI para implementar de Peakvue.

Fig. 7.10 Gráficos referenciales que vinculan la velocidad, tamaño del elemento rodante y banda de excitación, (Datos extraído del Manual de CSI)

En el grafico “b” es expone que a un mismo tamaño de elemento rodante, al aumentar la velocidad diminuye el tiempo de contacto entre el elemento rodante y la fisura. Esto es algo relativamente fácil de entender pues, es lógico. En tanto en el grafico “a” se explica que a un mismo medio de disolución de la señal, entre mas lento sea el contacto entre el elemento rodante y la fisura, mas baja la banda en que se encuentra la excitación de frecuencia que da cuenta del daño presente en el rodamiento. Con estos antecedentes se explica muchos de los resultados obtenidos, ya que siempre para las distintas velocidades se mantuvieron constantes la magnitud del daño y el rodamiento ensayado por lo que se desprende que aumentado la velocidad disminuyo el tiempo del impacto de la bola con cada fisura, siendo consecuente con el grafico “b”, siguiendo con este análisis al disminuir el tiempo de este fenómeno, aumentó el ancho de la banda en el cual corta la curva, por lo que el amortiguamiento de las amplitudes esta ubicado a frecuencia mucho mas altas. Es por esta razón fundamentalmente se explica por que a una velocidad de giro de la maquina de 18 Hz. se nota mucho mas el daño que a otra velocidad de 3 Hz., ya que según el los espectros de la aceleración para las distintas velocidades la actividad vibratoria que genera el daño en el rodamiento esta ubicada sobre los 10.000 Hz,

siendo la velocidad de 18 Hz la alta usada para este ensayo la que mejor muestra el daño. •

Respondiendo a la interrogante, que si la técnica varía los resultados en función a la velocidad se tiene que decir que, independientemente de la velocidad la técnica del Peakvue encontró bastante bien la falla. Pero la magnitud con que deja ver el problema vario considerablemente, esto se deduce que es por la falta de carga en los soportes para las velocidades mas bajas

7.3 Conclusión de variar la cantidad de daño. •

Cuando se vario la cantidad de daño en los rodamientos, se encontraron que las técnicas de Factor de cresta, Demodulación y Peakvue consiguieron el objetivo de detectar la falla. De la tres, el factor de cresta es la técnica que menos datos aporta debido a que es solo una tendencia numérica por lo que no se puede realizar un análisis mas acabado de la parte en que se encuentra el daño. Demodulación y Peakvue aparte de detectar bien esta la falla identifica muy bien donde se esta generando esta.

•

Con las dos técnicas que más datos aportan se puede concluir que independientemente de la cantidad de fisuras que tiene el rodamiento la falla en la pista externa fue encontrada. La única diferencia en ambos caso es la amplitud de la frecuencia característica de falla, que en consecuencia con lo explicado anteriormente, resulta de tener mas fisura en el rodamiento provocando que se sumen las amplitudes de los impactos de los elementos rodantes con las fisuras.

7.4 VENTAJAS DE TRABAJAR CON PEAKVUE. •

Peakvue es una técnica que tiene muy buena acertividad como quedo demostrado en maquinas de velocidad constantes como bombas de proceso y aéreo enfriadores.

•

Peakvue es una técnica muy versátil en cuanto a las velocidades de giro de las maquinas que se puede muestrear con ella. Esta es una de las principales características de la técnica.

•

Trabaja y almacena datos como todas las demás técnicas de RBMware, por lo que los analistas no tienen que aprender más sobre este tema. Además que, para su configuración, está en ambiente Windows que muy agradable de trabajar.

•

Cuando ya se a puesto en marcha esta técnica es relativamente rápido el control y el análisis posterior, por lo que en generar los reportes del estado de las maquinas chequeadas, no tarda mucho.

•

Desde el punto de vista más técnico, comparativamente con las otras técnicas que se pueden trabajar con el CSI 2120, se puede decir que Peakvue es la técnica que tiene mejor resultado en la detección de fallas en rodamiento.

7.5 DESVENTAJAS DEL TRABAJO CON PEAKVUE. •

Si bien la detección de fallas en rodamientos Peakvue es buena, también trae consigo un estudio más acabado del tema, por lo que el uso de esta técnica no es recomendable cuando el operador es relativamente nuevo en el tema de control de vibraciones.

•

En la implementación de esta técnica se debe de ser muy cuidadoso respecto a los parámetros utilizados, ya que lo más probable es que si no se realiza la elección correcta de parámetros, no se tenga resultados del verdadero estado del rodamiento.

•

Para maximizar la efectividad de esta técnica,

los controles a la

maquinas deben ser periódica y sistemáticamente, lo que no siempre es posible por el sistema productivo. Para tener éxito en el control de los rodamientos y diagnosticar a tiempo una falla, necesariamente se requiere contar con la información actualizada de la totalidad de los rodamientos que se controlaran. Para asignarlos a cada punto configurado.

ANEXOS.

Anexo 1

“GUIA PARA LA CONFIGURACION DE PEAKVUE”

Aspectos Claves Para la Configuración Existen varios puntos que es necesario aclarar ante de entregar la guía para la configuración, como por ejemplo hay que mencionar que Peakvue es una técnica que funciona a altas frecuencias, por lo que se utilizan filtros pasa alto. Esto provoca una dificultad ya que aplicar este filtro se elimina una parte sumamente importante en el análisis predictivo, el como es la detección de desalineamiento, desbalanceamiento, corte de la película de aceité, etc. Fallas que ocurren a una baja frecuencia en comparación a la frecuencia en que se necesita trabajar con Peakvue. El Peakvue es solo una herramienta del software RBMware que, fue diseñada para una aplicación en particular la detección de fallas incipientes en rodamientos y engranajes, que en pos de brindar la mayor facilidad de análisis al analista, deja de lado todos los demás detalles que podrían estar presentando en el momento de la medición. Por lo anterior es que se recomienda configurar una rutina normal de medición para la maquina y luego en la misma rutina agregar los puntos de Peakvue que sean necesarios, de manera de entregar el máximo de información del estado de la maquina al analista. Además algo que puede ser un aporte es programar un punto para medir la temperatura del soporte. Esta recomendación se basa en que inevitablemente cualquier desperfecto al interior del rodamiento genera un alza en la temperatura. Otra de las cosas que es importante tener en cuenta para la configuración del Peakvue es, seleccionar un filtro adecuado con el ancho de banda con que se esta haciendo el muestreo. Estas dos cosas se tienen que establecer muy bien, de lo contrario se podría caer en ciertas incongruencias, como la mostrada en la siguiente figura.

Por último, otro detalle que es importante es que el sensor que se debe ocupar es un acelerómetro de alta frecuencia (30 kHz como mínimo) en sus unidades G´s, siendo riguroso en la forma de sujeción. Guía para configurar Peakvue. Supuestamente la maquina ya a sido creada en la base de datos, y además, cuenta con una rutina de puntos configurados en forma normal. Es decir, se agregaran puntos de Peakvue a una maquina que ya a sido analizada anteriormente, con el fin de mejorar el análisis que se le realiza a esta maquina. 1. Cargado el software RBMware (en la página del menú principal para vibraciones), se debe situar en la solapa setup/communication, y en ella se debe entrar en la opción Database setup.

En la pantalla que se despliega se tiene que configurar tres de las opciones que ahí aparecen:

•

Tree structure: aquí se crea el punto de medición.

•

Analysis parameter/Data acquisition: en esta opción se crea una parámetro para la adquisición de la señal.

•

Alarm limit/Data evolution: para crear un parámetro de alarmas que dispondrán para el análisis.

Se deben de configurar estas tres opciones por que, estas trabajan entre lazadas. Al crear un punto, el software se nos pide parámetros de adquisición y parámetros de alarmas, por lo que se hace necesario partir configurando las opciones que tienen que ver con los parámetros. 2. Configuración de el parámetros de adquisición: •

Al ingresar al parámetro de adquisición, se encuentra una lista de todos los parámetros que ya se han configurado. Pero como lo que se quiere es crear un nuevo parámetro esto se logra eligiendo la opción Add Set.

•

En la pantalla que se despliega, se identifica el parámetro que un número.

•

Al desplegar la nueva pantalla se existe tres nuevos aspectos que hay que configurar. Para el caso del Peakvue debe de configurar de la siguiente forma.

Spectrum Parameters.

Signal Processing Params.

Waveform Parameters

•

Una vez completada toda las opciones que había para llenar se debe de presionar Ok.

•

En la pantalla que se despliega se debe de configurar los anchos de las ventanas que se utilizaran para el análisis.

3. Al terminar la configuración se debería observar en el listado de parámetros de adquisición el parámetro recién creado. 4. Configuración del parámetro de límites de alarmas. •

Al ingresar de despliega una pantalla donde se muestran todos los parámetros que ya han sido configurados para crear un nuevo parámetro elegir la opción Add Set.

•

Identificar con número el parámetro que se va a crear.

•

El la pantalla que se despliega llenar los espacios con las unidades con la que se requiere medir, o sea aceleración. Además se deben llenar los casilleros con los limites que corresponden.

Nota: es importante que se recuerde cuantas ventanas se creo en el parámetro anterior ya que estas dan el ancho banda en que la alarma será efectiva. Aquí se configura la alarma para cada ancho de banda, imponiendo con esto una amplitud máxima aceptable para la alerta y otra para la falla.

5. Configuración de los puntos para el análisis Peakvue (tree structure). •

Previamente se han seleccionado la base de datos, el área y la maquina a la cual se le desea configurar los puntos. Si es así se deberá desplegar la siguiente pantalla.

•

Posesionarse sobre la maquina a la cual se le desea crear los puntos los puntos y presionar la opción Add Branch.

•

Nuevamente se tiene que completar dos tipos de información una que tiene que ver con el punto propiamente tal (point information), y la otra tiene que ver con el sensor u la señal (sensor/signal info)

•

Point information: esta nueva pantalla de debe de completar con los datos referentes al punto.

En esta pantalla queda de manifiesto por que configurar lo otros puntos primero (parámetro de análisis o de adquisición y parámetro de limites de alertas), aquí solo se pregunta por ellos:

•

Sensor/signal Info: en esta instancia se aportan todos los datos referente al sensor y la forma de onda o señal temporal

Anexo 2

“APUNTE DE FALLAS EN MAQUINAS”

Vibración debida a Desbalanceamiento. El desbalanceamiento de la maquinaria es una de las causas más comunes de la vibración. En muchos casos, los datos arrojados por un estado de desbalanceamiento indican: 1.

La frecuencia de vibración se manifiesta a 1x las rpm de la pieza

desbalanceada. 2. 3.

La amplitud es proporcional a la cantidad de desbalanceamiento. La amplitud de la vibración es normalmente mayor en el sentido de

medición radial, horizontal o vertical (en las maquinas con ejes horizontales). 4.

El análisis de fase indica lecturas de fase estables.

5.

La fase se desplazará 90º si se desplaza el captador 90º.

Nota: el desbalanceamiento de un rotor saliente a menudo tiene como resultado una gran amplitud de la vibración en sentido axial, al mismo tiempo que en sentido radial. Vibración debida a falta de alineamiento En la mayoría de los casos los datos derivados de una condición de falta de alineamiento indican lo siguiente: 1.

La frecuencia de vibración es de 1x rpm; también 2x y 3x rpm en los

casos de una grave falta de alineamiento. 2.

La amplitud de la vibración es proporcional a la falta de alineamiento.

3.

La amplitud de la vibración puede ser alta también en sentido axial,

además de radial. 4.

El análisis 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 más importantes de problemas debidos a falta de alineamiento y a ejes torcidos es la presencia de una elevada vibración en ambos sentidos, radial y axial. En general, cada vez que la amplitud de la vibración axial sea mayor que la mitad de la lectura radial más alta, hay un buen motivo de sospechar la existencia de un problema de alineamiento o eje torcido. Los tres tipos básicos de falta de alineamiento en el acoplamiento son: angular, en paralelo y una combinación de ambos. Una falta de alineamiento angular sujeta principalmente los ejes de las maquinas accionadora y accionada a vibración axial igual a la velocidad de rotación (rpm) del eje. La falta de alineamiento en paralelo produce principalmente vibración radial con una frecuencia igual al doble de la velocidad de rotación del eje.

Vibración debida a Excentricidad La excentricidad es otra de las causas comunes de vibración en la maquinaria rotativa. Excentricidad en este caso no significa “ovalización”, sino que la línea central del eje no es la misma que la línea central del rotor – el centro de rotación verdadero difiere de la línea central geométrica. La excentricidad es en realidad una fuente común de desbalanceamiento, y se debe a un mayor peso de un lado del centro de rotación que del otro. Una manera de diferenciar entre desbalanceamiento y excentricidad en este tipo de motor es medir la vibración con filtro afuera mientras el motor está funcionando bajo corriente. Luego, se desconecta el motor, observando el cambio de la amplitud de vibración. Si la amplitud se reduce gradualmente mientras el motor sigue girando por inercia, es muy probable que el problema sea debido a desbalanceamiento; Si, en cambio, la amplitud de vibración desaparece en el momento mismo en que el motor es desconectado, el problema es seguramente de naturaleza eléctrica, y es muy posible que se deba a excentricidad del inducido. La excentricidad en rodetes o rotores de ventiladores, sopladores, bombas y compresores puede también crear fuerzas vibratorias. En esos casos las fuerzas son el resultado de fuerzas aerodinámicas e hidráulicas desiguales que actúan contra el rotor.

Vibración de Elementos Rodantes Defectuosos Defectos en las pistas, en las bolas o en los rodillos de rodamientos de elementos rodantes ocasionan vibración de alta frecuencia; y, lo que es mas, la frecuencia no es necesariamente un múltiplo integral de la velocidad de rotación del eje. La amplitud de la vibración dependerá de la gravedad de la falla del rodamiento. Nota: la vibración generada por el rodamiento normalmente no es transmitida a otros puntos de la máquina. Por lo tanto, el rodamiento defectuoso es generalmente el que se encuentra más cerca del punto donde ocurre el mayor nivel de vibración de este tipo.

Falla de Rodamientos – Otras causas Los rodamientos no fallan prematuramente a menos que alguna otra fuerza actúe sobre ellos; y tales fuerzas son generalmente las mismas que ocasionan vibración. 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

•

Lubricación inadecuada o incorrecta

•

Sellado deficiente

•

Falsa brinelación (Deformación bajo carga)

•

Corriente eléctrica

Vibración debida a rodamientos de Soportes defectuosos Elevados niveles de vibración, ocasionados por rodamientos de Soporte defectuosos, son generalmente el resultado de una holgura excesiva (causada por desgaste debido a una acción de barrido o por erosión química), aflojamientos mecánicos (metal blanco suelto en el alojamiento), o problemas de lubricación. a)

Holgura excesiva de los rodamientos

Un rodamiento de soporte con holgura excesiva hace que un defecto de relativamente menor importancia, tal como un leve desbalanceamiento o una pequeña falta de alineamiento, u otra fuente de fuerzas vibratorias, se transformen como resultado de aflojamientos mecánicos o en golpes repetidos (machacado). En tales casos el rodamiento en si no es lo que crea la vibración; pero la amplitud de la misma seria mucho menor si la holgura de los rodamientos fuera correcta. A menudo se puede detectar un rodamiento de soporte desgastado por “barrido” efectuando una comparación de las amplitudes de vibración horizontal y vertical. Las maquinas que están montadas firmemente sobre una estructura o cimentación rígidas revelaran, en condiciones normales, una amplitud de vibración ligeramente más alta en sentido horizontal. b)

Torbellino de aceite

Este tipo de vibración ocurre solamente en maquinas equipadas con rodamientos de chumacera lubricados a presión, y que funcionan a velocidades relativamente altas – normalmente por encima de la segunda velocidad critica del motor. La vibración debida a torbellinos de aceite a menudo es muy pronunciada, pero se reconoce fácilmente por su frecuencia fuera de lo común. Dicha frecuencia es apenas menor de la mitad de la velocidad de rotación (en rpm) del eje – generalmente en el orden del 46 al 48% de las rpm del eje. El problema de los torbellinos de aceite normalmente se atribuye a diseño incorrecto del rodamiento, desgaste excesivo del rodamiento, un aumento de la presión del lubricante o un cambio de la viscosidad del aceite. Se pueden hacer correcciones temporales modificando la temperatura del aceite (viscosidad), introduciendo un leve desbalanceamiento o una falta de

alineamiento de manera de aumentar la carga sobre el eje, o rascando y/o ranurando los costados del rodamiento, para desbaratar la “cuña” de lubricante. Desde luego, una solución más duradera es reemplazar el rodamiento con uno que haya sido diseñado correctamente de acuerdo a las condiciones operativas de la maquina, o con uno que esté diseñado para reducir la posibilidad de formación de torbellinos de aceite. Los rodamientos con ranuras axiales usan las ranuras para aumentar la resistencia a la formación de torbellinos de aceite en tres puntos espaciados uniformemente. Este tipo de configuración está limitado a las aplicaciones más pequeñas, tales como turbinas de gas livianas y turbocargadores. Los rodamientos de chumacera de lóbulos brindan estabilidad contra los torbellinos de aceite al proporcionar tres puntos ce concentración de la película de aceite bajo presión, que sirven para centrar al eje. Los rodamientos de riñón basculante son comúnmente utilizados para las maquinas industriales más grandes, que funcionan a velocidades más altas. Hay dos causas comunes de vibración que pueden inducir un torbellino de aceite en un soporte de un rodamiento 1-

Vibración proveniente de maquinaria ubicada en las cercanías: Puede ser

transmitida al soporte del rodamiento a través de estructuras rígidas, tales como tuberías y cimentaciones. A este fenómeno se le conoce como Torbellino Inducido por el Exterior. 2-

Vibración ocasionada por otros elementos de las maquina misma.

Toda vez que se detecta la vibración característica del torbellino de aceite se deberá realizar una completa investigación de las vibraciones en toda la instalación, incluyendo las fuentes de vibración circunvecina, la estructuras de cimentación y las tuberías relacionadas. Se podrá así quizás descubrir una causa externa de los problemas de torbellino de aceite. c)

Torbellinos de Histéresis

Este tipo de vibración es similar a la vibración ocasionada por el torbellino de aceite, pero ocurre a frecuencias diferentes, cuando el rotor gira entre la primera y la segunda velocidad crítica.

Un rotor que funcione por encima de la velocidad critica tiende a flexionarse, o asquearse, en sentido opuesto del punto pesado de desbalanceamiento. La amortiguación interna debida a histéresis, o sea la amortiguación de fricción, normalmente limita la deflexión a niveles aceptables. Sin embargo, cuando acontece un torbellino por histéresis, las fuerzas amortiguadoras se encuentran en realidad en fase con la deflexión, y por lo tanto, acrecentar la deflexión del motor. Cuando dicho rotor está funcionando por encima de la primera velocidad critica pero por debajo de la segunda, el torbellino por histéresis ocurre a una frecuencia exactamente igual a la primera velocidad critica del rotor. Nota: La frecuencia de formación del torbellino de aceite es levemente menor de la mitad de la velocidad de rotación del rotor. La vibración ocasionada por un torbellino por histéresis tendrá la misma características que las ocasionadas por un torbellino de aceite cuando la maquina funcione a velocidades superiores a la segunda velocidad critica del eje. Es decir, que una severa vibración se producirá a una frecuencia levemente menor que 0.5x las rpm del rotor. El torbellino por histéresis es controlado normalmente por la acción de amortiguación provista por los soportes de rodamientos en si. Sin embargo, cuando la amortiguación estacionaria es baja en comparación con la amortiguación interna del rotor, es probable que se presenten problemas. La solución usual para este problema es aumentar la amortiguación estacionaria de los rodamientos y de la estructura de soporte de los mismos, lo que puede lograrse instalando un rodamiento de riñón basculante o de algún rodamiento de diseño especial. En algunos casos el problema puede ser solucionado reduciendo la amortiguación dada por el rotor – sencillamente, cambiando un acoplamiento de engranajes con una versión sin fricción; por ejemplo, con un acoplamiento de disco flexible. Vibración por lubricación Inadecuada Una inadecuada lubricación, incluyendo la falta de lubricación y el uso de lubricantes incorrectos, puede ocasionar problemas de vibración en un rodamiento de chumacera. En semejantes casos la lubricación inadecuada

causa excesiva fricción entre el rodamiento estacionario y el eje rotante, y dicha fricción induce vibración en el rodamiento y en las demás piezas relacionadas. Este tipo de vibración se llama “dry whip”, o sea látigo seco, y es muy parecido al pasar de un dedo mojado sobre un cristal seco. La frecuencia de la vibración debida al látigo seco generalmente es muy alta y produce el sonido chillón característico de los rodamientos que están funcionando en seco. No es muy probable que dicha frecuencia sea algún múltiplo integral de las rpm del eje, de manera que no es de esperarse ningún patrón significativo bajo la luz estroboscópica. En este respecto, la vibración ocasionada por el látigo seco es similar a la vibración creada por un rodamiento antifricción en mal estado. Toda vez que se sospeche que un látigo seco sea la causa de la vibración se deberá inspeccionar el lubricante, el sistema de lubricación y la holgura del rodamiento. Vibración debida a Aflojamiento Mecánico El aflojamiento mecánico y la acción de golpeo (machacado) resultante producen vibración a una frecuencia que a menudo es 2x, y también múltiplos más elevados, de las rpm. La vibración puede ser resultado de pernos de montaje sueltos, de holgura excesiva en los rodamientos, o de fisuras en la estructura o en el pedestal de soporte. La vibración característica de un aflojamiento mecánico es generada por alguna otra fuerza de excitación, como un desbalanceamiento o una falta de alineamiento. Sin embargo, el aflojamiento mecánico empeora la situación, transformando cantidades relativamente pequeñas de desbalanceamiento o falta de alineamiento en amplitudes de vibración excesivamente altas. Corresponde por lo tanto decir que el aflojamiento mecánico permite que se den mayores vibraciones de las que ocurrirían de por sí, derivadas de otros problemas. Nota: Un aflojamiento mecánico excesivo es muy probable que sea la causa primaria de los problemas cuando la amplitud de la vibración 2x las rpm es más de la mitad de la amplitud a la velocidad de rotación, 1x las rpm.

Vibración debida a las Bandas de Accionamiento Las bandas de accionamiento del tipo en “V” gozan de mucha popularidad para la transmisión del movimiento puesto que tiene una alta capacidad de absorción de golpes, choques y vibraciones. Los problemas de vibración asociados con las bandas en “V” son clasificados generalmente por: •

Reacción de la banda a otras fuerzas, originadas por el equipo presente, que causan alteraciones.

•

Vibraciones creadas por problemas de la banda en sí.

Las bandas en “V” son consideradas a menudo como fuente de vibración porque es tan fácil ver las bandas que saltan y se sacuden entre poleas. Por lo general, el reemplazo de las bandas es a menudo una de las primeras tentativas de corrección de los problemas de vibración. Sin embrago es muy posible que la banda esté sencillamente reaccionando a otras fuerzas presentes en la maquina. En tales casos las banda es solamente un indicador de que hay problemas de vibración y no representan la causa misma. La frecuencia de vibración de las bandas es el factor clave en la determinación de la naturaleza del problema. Si la banda está sencillamente reaccionando a otra fuerza de alteración, tales como desbalanceamiento o excentricidad en las poleas, la frecuencia de vibración de la banda será muy probablemente igual a la frecuencia alterante. Esto significa que la pieza de la maquina que realmente está causando el problema aparecerá estacionaria bajo la luz estroboscópica del analizador. Nota: Si es defecto de la banda la frecuencia de vibración será un múltipla integral –1,2,3 ó 4 – de las rpm de la banda. El múltiplo verificado dependerá de la naturaleza del problema y de la cantidad de poleas, sea de accionamiento como locas, presentes en el sistema. Es fácil determinar las rpm de una banda de la siguiente manera: Rpm de la banda = (3.14 x diám. de la polea x rpm de la polea)/ longitud de la banda.

Vibración debida a Problemas de Engranaje La vibración que resulta de problemas de engranaje es de fácil identificación porque normalmente ocurre a una frecuencia igual a la frecuencia de engrane de los engranajes – es decir, la cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las rpm del engranaje que falla. Problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado vibración a la frecuencia de engrane, comprenden el desgaste excesivo de los dientes, inexactitud de los dientes, fallas de lubricación y materias extrañas atrapadas entre los dientes. No todos los problemas

de engranajes generan frecuencias de vibración

iguales a las frecuencias de engrane. Si un engranaje tiene un solo diente roto o deformado, por ejemplo, el resultado puede ser una frecuencia de vibración de 1x las rpm. Mirando la forma de onda de esa vibración en un osciloscopio conectado con un analizador, la presencia de señales de impulso permitirá distinguir entre este problema y las demás averías que también generan frecuencias de vibración de 1x las rpm. Desde luego, si hay más de un diente deformado, la frecuencia de vibración es multiplicada por una cantidad correspondiente. La amplitud y frecuencia de vibración debida a los engranajes pueden también parecer erráticas a veces. Dicho tipo de vibración errática ocurre normalmente cuando un conjunto de engranajes está funcionando en condiciones de carga muy liviana. En tales condiciones la carga puede desplazarse repetidamente de un engranaje a otro de modo irregular. Nota: Los problemas de rodamientos son predominantes en el punto de falla de los mismos, mientras que los problemas de engranajes pueden ser detectados en dos o más puntos de la maquina. Vibración debida a Fallas Eléctricas Esté tipo de vibración es normalmente el resultado de fuerzas magnéticas desiguales que actúan sobre el rotor o sobre el estator. Dichas fuerzas desiguales pueden ser debidas a: •

Rotor que no es redondo

•

Chumaceras del inducido que son excéntricas

•

Falta de alineamiento entre el rotor y el estator; entrehierro no uniforme

•

Perforación elíptica del estator

•

Devanados abiertos o en corto circuito

•

Hierro del rotor en corto circuito

En líneas generales, la frecuencia de vibración resultante de los problemas de índole eléctrica será 1x las rpm, y por tanto se parecerá a desbalance. Una manera sencilla de hacer la prueba para verificar la presencia eventual de vibración eléctrica es observar el cambio de la amplitud de la vibración total (filtro fuera) en el instante en el cual se desconecta la corriente de esa unidad. Si la vibración desaparece en el mismo instante en que se desconecta la corriente, el problema con toda posibilidad será eléctrico. Si solo decrece gradualmente, el problema será de naturaleza mecánica. Las vibraciones ocasionadas por los problemas eléctricos responden generalmente a la cantidad de carga colocada en el motor. A medida que se modifica la carga, la amplitud y/o las lecturas de fase pueden indicar cambios significativos. Esto explica por qué los motores eléctricos que han sido probados y balanceados en condiciones sin carga muestran cambios drásticos de los niveles de vibración cuando vuelven a ser puestos en servicio.

Anexo 3

“TIPOS DE RODAMIENTOS”.

Existen rodamientos de muy variados tipos para adecuarse a las diversas aplicaciones, es muy importante escoger el rodamiento preciso, tomando la decisión en base a criterios tales como: costo, facilidad de montaje, vida útil, dimensiones generales, simpleza del conjunto, disponibilidad de repuestos y tipo de lubricación. Básicamente hay tres formas de clasificar los rodamientos: I.

Según la dirección de la carga que mejor soportan: 1. Rodamientos Radiales: son aquellos que están diseñados para resistir cargas en dirección perpendicular al eje. Constan en forma general de tres piezas: Un aro exterior, un aro interior y un elemento rodante con algún tipo de canastillo o jaula. Por ejemplo, las ruedas de un carro se apoyan en el suelo y reciben la carga en el eje, de esta forma los rodamientos de las ruedas trabajan bajo carga radial.

Fig. A1. Rodamientos radiales

2. Rodamientos Axiales: son aquellos que están diseñados para resistir cargas en la misma dirección del eje. Constan en forma general de tres piezas: Un aro superior, un aro inferior y un elemento rodante con algún tipo de canastillo. Por ejemplo, pensemos en un carrusel, el peso total de esta máquina actúa verticalmente hacia el suelo y debe rotar en torno a un eje vertical al suelo, en esta aplicación debe

utilizarse un rodamiento axial de gran diámetro, cuyo aro superior sostenga al carrusel y cuyo aro inferior se apoye en el suelo.

Fig. A2. Rodamiento Axial.

3. Rodamientos de contacto angular: son una mezcla de los casos anteriores, se basan en un rodamiento similar al radial con un diseño especial de los aros exterior e interior para soportar cargas axiales mayores que un rodamiento radial simple. Sus aplicaciones son muy amplias, debido a que un eje siempre puede desarrollar cargas eventuales en una dirección inesperada y debido al ahorro que se genera al colocar un solo rodamiento para hacer el trabajo de dos.

Fig. A3. Rodamiento de contacto Angular.

II.

Según la rigidez del rodamiento: 1. Rodamientos

rígidos:

son

aquellos

que

no

aceptan

desalineamientos del eje. Ante un desalineamiento se generan cargas que pueden dañar definitivamente el rodamiento.

Fig. A4. Rodamiento rígido.

2. Rodamientos rotulados: Son aquellos que por un diseño especial de los aros permiten que el eje gire algunos grados sin desarmar el rodamiento. Esta característica se logra con una pista de rodadura esférica que permite a las bolas o barriletes desplazarse para acomodarse al desalineamiento del eje. Son muy utilizados en maquinaria pesada debido a la necesidad se prevenir daños frente a las deformaciones de los ejes, cargas provocadas por dilataciones térmicas y cargas dinámicas.

Fig. A5. Rodamiento rotulado.

III.

Según el elemento rodante: Existen diversos elementos rodantes que varían según las aplicaciones. El mas común son las bolas de rodamiento, muy útiles para cargas livianas y medianas. Para cargas mayores se utilizan rodillos y barriletes. Finalmente en cargas axiales se utilizan conos. Algunas aplicaciones en donde el espacio es reducido se usan agujas, que son cilindros largos con diámetros pequeños.

Fig. A6. Elementos rodantes de los rodamientos

Al catalogar un rodamiento es útil entregar una información completa, indicando los tres conceptos anteriores, por ejemplo: Rodamiento radial rígido de bolas, rodamiento radial rotulado de barriletes, rodamiento axial rígido de conos. Afortunadamente los fabricantes de rodamientos han mantenido una numeración estándar en todas las marcas, permitiendo una identificación sencilla de los rodamientos en base a un número y en ocasiones acompañado de unas letras. Por otro lado existen muchas aplicaciones que requieren un rodamiento de diseño especial. Una de estas situaciones es la falta de espacio para colocar un rodamiento normal. Para ofrecer una solución a este problema, se crean los rodamientos de agujas, que consisten en cilindros delgados unidos por un canastillo o jaula y el aro exterior. La carencia de aro interior y el reducido diámetro de las agujas, logra un rodamiento delgado con aspecto de anillo. Para situaciones en donde el espacio es aún mas reducido, existen rodamientos sin aro exterior que se denominan "corona de agujas" y rodamientos denominados "casquillos de agujas" compuestos por agujas y un aro exterior de acero delgado.

Fig. A7. Rodamiento de coronas de agujas.

Los rodamientos de agujas también se aplican para cargas axiales en donde las agujas (o mas exactamente los troncos de cono) se ordenan en un canastillo y puede tener aros de variados espesores, aprovechando el espacio disponible.

Fig. A8. Rodamiento axial de agujas.

Cuando se realiza el diseño de un montaje, se pueden usar soportes completos que incluyen el rodamiento, los sellos y una base de apoyo que puede ser "de pie" con dos perforaciones para unirlos a una estructura o de "brida" para unirse a una plancha. En la figura se aprecian dos soportes de pie y uno brida del tipo SY que además son a rótula.

Fig. A9. Rodamiento con soporte incluido.

Finalmente, en la figura se aprecian dos rodamientos lineales, utilizados para el desplazamiento de un objetos a lo largo de un riel. El rodamiento partido es para desplazamientos lineales y el rodamiento entero puede utilizarse para desplazamiento lineal y rotacional.

Fig. A10. Rozamientos lineales.

Anexo 4

“VIDA UTIL DE LOS RODAMIENTOS”.

La vida de un rodamiento se define como el tiempo en horas o el número de revoluciones, que él funciona antes de que se manifieste el primer signo de fatiga superficial en uno de sus aros o de sus elementos rodantes. Timken USA, por ejemplo, como criterio de falla, una picadura de área 6 mm2. Este es un valor de referencia, pues la vida útil del rodamiento se puede extender mucho más. Como el inicio de la fatiga es un fenómeno aleatorio, la vida de un rodamiento no se puede predecir con precisión. Es necesario basar la predicción de la vida del rodamiento en una evaluación estadística de un amplio número de rodamientos aparentemente idénticos, funcionando en idénticas condiciones. Figura 1 muestra la forma de la distribución estadística de la vida de los rodamientos.

Figura 1, Distribución estadística de la vida de los rodamientos.

ISO 281 evalúa la vida de un rodamiento en función de su carga como:

L10 =

Vida nominal del rodamiento, en revoluciones, que se espera que alcance o sobrepase el 90% de los rodamientos antes que se manifieste signos de fatiga.

C=

Capacidad de carga dinámica, en (N)

P=

Carga dinámica equivalente, en (N)

p=

10/3 para rodamientos de rodillos

p=

3 para rodamientos de bolas

Observe que un aumento de un 10% en la carga, significa un aumento en el denominador de 1.1 elevado a 3.33 (para el caso de rodamiento de rodillos), es decir, 1,37.

Basada en la fórmula ISO 281/1, la vida del rodamiento considerando el efecto de la lubricación es: Lna =

(a1)(a23)(L10)

Donde: a1 = Factor de ajunte de la vida por fiabilidad. Factor que se puede obtener de los manuales de SKF. a23 = Factor que viene determinado esencialmente por la eficacia de la lubricación del rodamiento y la separación entre las superficies en el contacto. Este factor depende de las viscosidades cinemáticas real del lubricante como la de una lubricación necesaria para un buen funcionamiento. Finalmente, SKF cuantifica el efecto de la contaminación sólida de la lubricación en la vida del rodamiento a través de:

askf = Es un factor complejo que incluye las condiciones de lubricación De lo anterior se concluye que si se quiere ser proactivo, es decir, aumentar la vida de los rodamientos, es necesario: •

Disminuir la carga que actúa sobre ellos.

•

Utilizar un lubricante con la viscosidad adecuada

•

Utilizar un lubricante con contaminación sólida controlada.

Tabla Nº1 indica las causas más comunes por la que se carga los rodamientos adicionalmente a las fuerzas de trabajo. La necesidad de mayor vida para los rodamientos ha traído como consecuencia que el personal de mantenimiento de las empresas alineen y balanceen los rotores más allá de lo que los diferentes estándares al respecto (balanceamiento y alineamiento de precisión). TABLA Nº 1. Causas comunes por la que se cargan los rodamientos. - Desbalanceamiento de rotores. - Desalineamiento de acoplamientos - Distorsión de la carcasa - Transmisión por correas desalineadas - Correas sobre tensadas - Bombas centrífugas trabajando lejos de su caudal nominal - Apriete inadecuado del rodamiento en el eje.

Anexo 5 “TIPOS DE MANTENIMIENTOS” La intensa presión competitiva en el mercado internacional está forzando a los responsables del mantenimiento en las plantas industriales a realizar la transición de ser un departamento que realiza reparaciones y cambia máquinas, a una unidad de alto nivel que asegura capacidad de producción. Es necesario darse cuenta que el mantenimiento produce un producto y este producto es capacidad de producción. Las estrategias de mantenimiento pueden ser clasificadas de diferentes formas Una de ellas es la que se indica a continuación: - MANTENIMIENTO REACTIVO. En esta estrategia se permite a la máquina funcionar hasta la falla. En ese instante se realiza la reparación o reemplazo de ella. - MANTENIMIENTO PREVENTIVO O BASADO EN TIEMPO. En esta estrategia se interviene la máquina periódicamente para inspeccionar y reemplazar

componentes,

aún

cuando

la

máquina

esté

operando

satisfactoriamente. - MANTENIMIENTO PREDICTIVO O BASADO EN CONDICION. En esta estrategia de mantenimiento se evalúa la condición mecánica de la máquina y su evolución, mientras ella está funcionando, a través de diversos síntomas que ella emite al exterior. En base a esto se programan las necesidades de mantenimiento cuando se detecta un problema en ella. - MANTENIMIENTO PROACTIVO. En esta estrategia de mantenimiento se identifica y corrige las causas raíz de las fallas de la máquina. Se pretende maximizar su vida útil operativa. El aumento de la vida operativa de la máquina a través de una estrategia de mantenimiento

preactivo

indudablemente

disminuye

los

costos

de

mantenimiento y aumenta la productividad de la Planta. Sin embargo, en la práctica en muchas empresas no se ha logrado los resultados esperados por falta de personal capacitado en el tema. A continuación se ilustrará las ideas precedentes analizando los factores a considerar cuando se quiere aumentar la vida de los rodamientos.

Anexo 6

“TIPO DE FIJACION DEL SENSOR”

Debido a la gran fuente generadora de vibraciones que son todas las maquinas, es que el sensor debe estar dispuesto lo mas cerca posible del sitio que se desea chequear, de manera tal que la vibración generada en ese lugar no se contaminada por otras generadas por otro accionar de la maquina. En el caso de los rodamientos el ideal es que el sensor de situé en el mismo rodamiento pero al no ser posible, es que se recomienda que este lo mas próximo a este, o sea en el soporte preferentemente en la zona de carga donde las ondas de tensión se propagan en todas direcciones. Que se cumpla con el ancho de banda para lo cual el sensor fue diseñado depende exclusivamente de la manera que se fija el sensor a la superficie de trabajo. En efecto en la figura 6.1A siguiente se muestra como un mismo sensor puede variar el ancho de banda dependiendo la sujeción que se utilice.

Fig 6.1A, Variación de sensibilidad de los sensores respecto al montaje.

Típicamente los acelerómetros estándar de 100 mv/g se puedes utilizar para cualquier medida con Peakvue inclusivo con maquinas con régimen de trabajo a bajas velocidades. El análisis de la Fig. 6.1ª indica que cualquier forma de montaje que tenga su resonancia por encima de los 10.000 Hz es adecuada para el trabajo con

Peakvue por las frecuencia que se necesitan chequear. Es así como los montajes 4, 3, 2, y 1 cumplen con esta definición, siendo el mas recomendable el numero 2, ya que al des pegado no requiere de mayor intervención en la maquina y tampoco representa un gran costo al comprar los implementos para su funcionamiento.

REFERENCIAS. •

SKF:

•

Vibration Consultants Inc.: “ Manual de Análisis de Vibraciones”, 1º Edición, Florida, 1990.

•

Saavedra, Pedro: “ Análisis de Vibraciones Avanzado”, Universidad de concepción, Facultad de Ingeniería, Depto. De Ingeniería Mecánica, Concepción, 1997.

•

Jonson, Bryan y Maxwell, Howard:

•

Stevens, David:

“ Rolling Element Bearings”, Vibration Análisis, páginas 1-3.

•

Stevens, David:

“Bearing Inner Race Damage”, case History Number 2, páginas 1-3.

•

CSI: “ Auto Stat For RBMware” TM Automated Statistical Limits.

•

Briges, Clyde:

•

Canada, R.G. , Piety, K.R. , Robinson, J.C.: “New Methodology for Bearing Fault Defect: PeakVue Analysis”, PeakVue, Vibration.

•

Wismer, Johan: “Gearbox Analysis using Cepstrum Analysis and Comb Liftering, Brüel& Kjær, Denmark.

“ Catálogo General”, 1º Edición, Stamperia Artística Nazionale, Italia, 1989.

“Mantenimiento Predictivo – Su efecto en los resultados finales de una empresa”, Central Generadora Nuclear Palo Verde.

“PeakVue Detects Lube Problems on 9 RPM Machine”, PeakVue, Vibration.