Generalmente
cuando hablamos del Análisis de Vibraciones Mecánica se nos viene a la mente un
grafico parecido a un electrocardiograma y suponemos que solo un experto en el tema
puede ser capaz de interpretarlo, sin embargo, esto no es exactamente así, un
repaso de algunos conceptos básicos de física
y un mínimo de conocimiento en el tema de vibraciones mecánicas será suficiente
para comprender la explicación del analista y entablar con él una discusión
productiva para poder tomar decisiones oportuna y acertada.
Las
manifestaciones de las vibraciones están asociadas a la relación existente
entre Desplazamiento, Velocidad y Aceleración de los objetos, que a su vez se
relacionan con las propiedades de rigidez, amortiguación y masa de los mismos.
En
función a esto es importante primero que nada recordar algunos conceptos
básicos.
Fuerza:
en los términos más básico, es toda
acción, esfuerzo e influencia que pueda alterar el estado de movimiento o de
reposo de un objeto. Esto quiere decir
que una fuerza puede dar aceleración a un objeto, modificando su
velocidad, su dirección y el sentido de su movimiento.
Desplazamiento: Es el cambio de posición de
un objeto entre dos instantes o tiempos bien definidos, generalmente en un
análisis de vibraciones la unidad de medida del desplazamiento se expresa en Micrones (µm).
Velocidad:
es una magnitud física que
expresa la rata de cambio del desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo.
Matemáticamente representa a la primera derivada del desplazamiento. La unidad
de medida de la velocidad en un espectro de vibración generalmente esta
expresada en pulgadas por segundo (in/s).
Aceleración:
es una magnitud física que
expresa la rata de cambio de la Velocidad de un objeto por unidad de tiempo.
Matemáticamente representa a la primera derivada del la velocidad y la segunda
derivada del desplazamiento. La unidad de medida de la aceleración en un
espectro de vibración generalmente esta expresada en g’s (en relación con la
aceleración de la gravedad).
Estas
cuatro variables físicas son las claves para entender rápidamente un espectro o
un reporte de análisis de vibración.
Recordemos
también que todas estas variables pueden ser representadas gráficamente a
través de ondas sinodales (espectros) con sus respectivas frecuencias y
amplitudes en función del tiempo.
Sin
embargo cuando analizamos un espectro de vibración raramente lo hacemos en
función del tiempo, generalmente se hace en función de la frecuencia de giro de
las maquinas (graficado en el eje horizontal), la cual, nos permite identificar
la fuente del problema, mientras que en el otro eje (el vertical) graficamos la
amplitud de todas las señales de vibración en términos de desplazamiento,
velocidad o aceleración, la cual, nos indica la severidad del problema. Esto quiere
decir que si observamos en un espectro una
frecuencia determinada con una amplitud predominante podemos predecir el tipo
de problema presente en una maquina y su severidad, lo cual, representa la
esencia de todo programa de mantenimiento predictivo.
Las
frecuencias que podemos observar en un espectro se dividen en tres grupos que
pueden distinguirse como múltiplos de la velocidad fundamental de rotación de
la maquina (1X) o una combinación de ellas (armónicas):
Frecuencias Bajas:
(1X, 2X, 3X) donde se detectan los problemas de desbalance, desalineación, ejes
doblados y holguras mecánicas. La energía (fuerza) disipada por estas
frecuencias es muy alta y destructiva lo que supone una parada de la maquina y la detección y corrección
inmediata de su origen.
El
90% de los casos de desalineación se manifiestan en la misma frecuencia de la
velocidad de rotación de la maquina (1X), el 10% restante se manifiestan en
frecuencias 2X a 3X de la velocidad de rotación.
Igualmente
los problemas de desbalance y eje doblados siempre se presentan a la frecuencia
de la velocidad de giro de la maquina (1X) y representan el 80% de la vibración
total de una maquina.
Frecuencias Medias:
(4X, 5X, 6X…) Se originan por resonancias estructurales y son propias del tipo
de construcción de las maquinas.
La
ventaja de un análisis espectral es que nos permite evaluar cada señal de
vibración (desplazamiento, velocidad y aceleración) independientemente, así
pues, como norma general cuando evaluamos eventos de bajas frecuencias lo
hacemos en un espectro de velocidad (como el de la grafica arriba) y cuando
evaluamos eventos de altas frecuencias lo hacemos en un espectro de
aceleración.
Los
planos de medición son también elementos importantes en el análisis espectral,
ya que, dependiendo del plano y la dirección donde se tome la medida, podemos
identificar problemas específicos en una maquina.
Existen
dos planos de medición, el Radial (R) y el Axial (A). Existen a su vez tres
direcciones en los planos antes mencionados: las direcciones Horizontal (H) y
Vertical (V) en el plano radial y la dirección longitudinal en el plano axial.
Los
ejes desbalanceados se manifiestan en espectros con alta vibración en el plano
axial, mientras que cuando la vibración en la dirección axial es 50% más alta
que los niveles de vibración el plano radial se asume que existe un eje doblado
o desalineado.
Las
vibraciones en la dirección radial son de más amplitud en la dirección
horizontal que en la vertical, ya que, generalmente las maquinas son mas
rígidas en la dirección vertical.
Existe
otras series de términos, elementos y variables relacionados al análisis
espectral, así como diferentes métodos para obtener una medida de vibración que
no he mencionado aquí y que con seguridad un analista experimentado y con buena
disposición a compartir conocimiento puede explicarnos, sin embargo este
pequeño resumen puede servir de base para tener una buena discusión y tomar una
decisión oportuna a los problemas de vibración mecánica presentes en nuestras
maquinas.