Gene Vogel
Especialista de Bombas & Vibraciones de EASA
Existen muchas causas comunes de vibración alta en la maquinaria rotativa; Demasiadas para enumerar aquí. Pero a menudo, lo que de otro modo sería un nivel aceptable de vibración se ve amplificado por la resonancia. Todas las máquinas son susceptibles a la resonancia. La resonancia ocurre cuando la frecuencia natural de algún componente de una máquina coincide con una fuerza excitadora. Cuando se produce resonancia, es la combinación de una fuerza excitadora y una frecuencia natural lo que da como resultado una alta vibración; ambos deben estar presentes en la misma frecuencia para que se produzca la resonancia. Cuando la resonancia causa una vibración excesiva, es importante identificar la frecuencia natural y la forma modal de la vibración. Una simple prueba de impacto (bump test), realizada a máquina parada, es un buen primer paso para identificar la frecuencia natural (Figura 1).
El objetivo de esta prueba es identificar una frecuencia natural. Imagínese un motor eléctrico con resortes debajo de las patas. Si el motor fuera golpeado desde arriba, rebotaría hacia arriba y hacia abajo (vibraría) sobre los resortes a alguna frecuencia natural en el modo vertical. Igualmente, si el motor fuera golpeado desde un lado o desde el extremo, se balancearía hacia adelante y hacia atrás en el plano en el que fue golpeado. La frecuencia natural a la que vibraría hacia adelante y hacia atrás en el modo de balanceo probablemente sería diferente a la del modo vertical. Se utiliza un analizador de espectro para determinar la frecuencia de la vibración al mismo tiempo que se golpea el motor. Para que la prueba de impacto sea exitosa, la máquina debe recibir golpes adecuados para excitar la frecuencia natural y el analizador de espectro se debe configurar adecuadamente para capturar la vibración resultante. A menudo es necesario realizar pruebas funcionales en diferentes direcciones (modos) para identificar frecuencias naturales cercanas a la frecuencia de la vibración excesiva.
El motor asentado sobre resortes tendría frecuencias naturales relativamente bajas. Si el motor fuera golpeado con un martillo de bola convencional, se produciría un fuerte "golpe", pero se transmitiría muy poca energía de baja frecuencia al motor y la vibración de frecuencia natural resultante sería mínima. Para impartir energía de menor frecuencia, se necesita un objeto de impacto más suave; tal vez un mazo de goma o un bloque de madera. Existe una relación directa entre la dureza del objeto que golpea el objetivo y la frecuencia de la energía transmitida. Los objetos que golpean más suave imparten energía de menor frecuencia; Los objetos que golpean más fuerte imparten energía de mayor frecuencia. Las velocidades de rotación de las máquinas comunes se consideran de menor frecuencia, por lo que generalmente se recomienda golpear con objetos más suaves.
Para capturar la vibración resultante del golpe, el analizador de espectro debe estar configurado correctamente. Por supuesto, el transductor de vibración se debe ajustar para detectar la vibración en la misma dirección en la que se golpea la máquina. Sin embargo, el transductor no debe colocarse en el área donde se golpea la máquina. Por ejemplo, si el golpe se aplica en el lado izquierdo de la máquina, el transductor debe estar en el mismo plano que el golpe pero en el lado derecho de la máquina. La configuración del analizador de espectro para la prueba de impacto varía según el instrumento específico. Algunos instrumentos tienen configuraciones (aplicaciones o apps) exclusivas para realizar pruebas de impacto. Aquí se presentan algunos procedimientos generales y parámetros de configuración que se pueden utilizar con la mayoría de los analizadores de espectro. Para una prueba de impacto, normalmente es necesario configurar manualmente el rango de amplitud en el analizador de espectro. El valor predeterminado para la mayoría de los instrumentos es que el rango de amplitud se ajuste automáticamente. Por lo tanto, el rango estará en un nivel muy bajo antes del golpe, y cuando se produzca el golpe, el instrumento tardará un tiempo en aumentar el rango automáticamente y se perderá el evento. Es posible que sean necesarias varias pruebas para configurar correctamente el rango de amplitud para capturar el evento con buena resolución pero sin recortar la señal. (Tenga en cuenta que el rango de amplitud y el rango de visualización son configuraciones diferentes en la mayoría de los instrumentos). Muchos analizadores de espectro (pero no todos) tienen una función de activación que resulta útil para las pruebas de impacto. Se establece un nivel de activación justo por encima de la amplitud de la vibración de fondo y el instrumento espera hasta que se exceda ese nivel de activación antes de iniciar la recopilación de datos. El golpe, por supuesto, excederá el nivel de activación y la muestra de datos contendrá los resultados de la energía impartida por el golpe. Una característica adicional que ofrecen algunos analizadores de espectro es un intervalo de pre disparo. Los datos de ejemplo de la Figura 2 ilustran el efecto de un intervalo previo al disparo. El resultado del aumento no comienza al inicio de los datos; hay un intervalo previo al disparo antes de que se produzca la vibración resultante. Cuando se utiliza una función de activación, se puede recopilar un único espectro (1 promedio).
Si un analizador de espectro no tiene una función de activación, el mejor enfoque es golpear la máquina repetidamente presionando al mismo tiempo el botón para iniciar la recopilación de datos. Puede resultar útil configurar el instrumento para que tome tres o cuatro promedios y continuar golpeando la máquina repetidamente hasta que se hayan recopilado los datos.
Los parámetros de forma de onda del espectro se deben configurar para capturar el rango de frecuencia de interés. La mayoría de las velocidades de rotación de las máquinas y las frecuencias naturales más problemáticas se producen por debajo de 200 Hz. Entonces, un fMax de 200 Hz es un buen rango de frecuencia inicial. Si las líneas de resolución se establecen en 200 líneas, el intervalo de datos será de un segundo, un buen intervalo para capturar los resultados del aumento. Establecer una resolución más alta da como resultado intervalos de recopilación de datos proporcionalmente más largos y los resultados del aumento se habrán disipado en la mayoría de los casos. Si la frecuencia natural sospechosa está por encima de 200 Hz, el instrumento se puede configurar en 400 Hz y 400 líneas de resolución para mantener el intervalo de recopilación de datos de un segundo. El ejemplo del ajuste del motor sobre resortes es una buena descripción de muchas situaciones de resonancia comunes. Las frecuencias naturales son el resultado de las características de rigidez, masa y amortiguación de la estructura. Cuando una máquina está montada sobre una base débil, la máquina es la masa, la base es la rigidez baja (resorte). Pero las frecuencias naturales están presentes en todos los componentes de la máquina. Un componente común con frecuencias naturales cercanas a fuerzas excitadoras (velocidades de rotación) es la tapa del motor. Si un motor tiene una vibración axial alta a una frecuencia, la resonancia de la tapa se debe considerar como una posible causa. Realizar una prueba funcional en la tapa del motor ensamblado es el primer paso para diagnosticar el problema. Consejo: Si se trata de un motor con cojinetes de deslizamiento, realice
la prueba de impacto con el eje en desaceleración; Cuando el eje esta quieto, la película de aceite se pierde y las características de rigidez cambian. Otra condición resonante única que se ha informado es la caja de conexiones de un motor con carcasa en forma rectangular. Una caja de conexiones pesada en un panel lateral plano de la carcasa del motor hace que un buen sistema resorte-masa sea susceptible a frecuencias naturales cercanas a las velocidades de rotación.
Las frecuencias más comunes en las que se produce la resonancia son 1xRPM, 2xRPM y 2x frecuencia de línea (2xlf). Para motores eléctricos y máquinas relacionadas, estas frecuencias están dentro de los 200 Hz fMax recomendados. Las características clave de la resonancia son una vibración de muy alta amplitud a una frecuencia específica, generalmente en un plano. Una simple prueba de impacto para identificar las frecuencias naturales es el primer paso para diagnosticar problemas de resonancia. Información más amplia sobre resonancia y sobre como realizar pruebas de impacto está disponible en el manual Análisis de vibraciones para centros de servicio y en los seminarios web de EASA en easa.com/training/vibration-analysis y easa.com/training/webinar-recordings.
DISPONIBLE EN INGLÉS
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