Análisis de Vibraciones

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¿Qué es el Análisis de Vibraciones?

 

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Definición de Análisis de Vibraciones

El análisis de vibraciones es una técnica utilizada para identificar y predecir anomalías mecánicas en una máquina a través de su vibración. Desde hace más de 30 años el análisis de vibraciones se ha convertido en una herramienta indispensable para la industria en todo el mundo.

Implementar el análisis de vibraciones mediante un plan de mantenimiento predictivo mejora la eficiencia y la confiabilidad de la maquinaria reduciendo los tiempos de inactividad por fallas mecánicas.

 

 

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Fallas que identifica el Análisis de Vibraciones

Casi todas las fallas que puede tener una máquina se pueden identificar o al menos sospechar con el análisis de vibraciones. Sólo en ocasiones se requerirán de métodos complementarios para confirmar un diagnóstico. Entre las fallas más comunes están:

  • Desbalanceo
  • Fallas en rodamientos
  • Holgura mecánica
  • Desalineamiento
  • Resonancia y Frecuencias naturales
  • Fallas eléctricas en motores
  • Torsión de eje
  • Fallas en cajas de engranes
  • Cavitación en bombas
  • Velocidades críticas

 

Limitaciones del análisis de vibraciones

Se han hecho grandes esfuerzos para encontrar funciones que solucionen las pocas limitaciones del análisis de vibraciones. Sin embargo, existen todavía algunas que aún no se pueden eliminar.

Frecuencia máxima: Los sensores comunes tienen una frecuencia máxima de 10 a 15 kHz. Por lo tanto, si no se invierte en sensores especiales, las frecuencias superiores serán invisibles para el equipo.

Ultra bajas frecuencias: Las frecuencias muy bajas son posibles de medir, pero muy frecuentemente son pasadas por alto debido a que se requieren largas muestras que no se toman de manera convencional.

Estado del lubricante: Esta es una de las mayores limitantes del análisis de vibraciones. El estado del lubricante no se puede evaluar mediante esta técnica, únicamente se puede ver la falta de éste.

 

 

Fundamentos del análisis de vibraciones

 

Principios básicos

El análisis de vibraciones no necesita ningún desmontaje ni que la máquina sea detenida, por lo tanto es un método no invasivo. El principio fundamental es la medición de la vibración mediante sensores que transforman el movimiento en una señal eléctrica que es interpretada y almacenada por un analizador.

Sensores

El sensor más común en la práctica del análisis de vibraciones es el acelerómetro, aunque existen también velocímetros y sensores de desplazamiento.

Los acelerómetros proporcionan una señal de voltaje proporcional a la aceleración de la vibración. Posteriormente, esta señal puede ser integrada para obtener la velocidad y el desplazamiento haciendo del acelerómetro el sensor más versátil.

Vibración

La maquinaria rotativa produce vibración durante su operación. La vibración se produce por la fricción y fuerzas centrífugas tanto de las piezas rotativas como de los rodamientos. Esta vibración puede ser medida e incluso, en la mayoría de los casos, escuchada.

La vibración se define como un movimiento repetitivo entorno a un punto de equilibrio. Además la vibración está caracterizada por sus variaciones en amplitud y frecuencia. Tanto la Amplitud como la Frecuencia son utilizadas para un sin número de cálculos indispensables para el diagnóstico.

Time Waveform

Señal en el Dominio del Tiempo

 

Amplitud

La amplitud es la extensión máxima de la oscilación y se mide desde el punto más bajo hasta el punto más alto de la forma de onda. La amplitud está relacionada con la extensión del movimiento.

Por otro lado, el valor RMS (Raíz Cuadrática Media) refleja la cantidad de energía contenida en esta vibración. El valor RMS es el parámetro más utilizado para medir la intensidad de la vibración.

 

Frecuencia

La frecuencia es el número de ciclos por segundo Hz (o por minuto CPM) de la vibración. Imaginemos un piano, cada nota corresponde a una frecuencia. Cuando presionas varias teclas se escucha un sonido compuesto. La frecuencia y amplitud de cada nota se suman para crear una señal compleja. Por lo tanto es importante tomar en cuenta que la vibración puede tener múltiples frecuencias y amplitudes que la componen y que obedecen a distintas causas.

Piensa que una máquina posee tantas partes mecánicas como teclas tiene un piano. Cada parte mecánica tendrá su propia huella vibratoria.

 

FFT

La FFT (Transformada Rápida de Fourier) es un cálculo que descompone una señal en el dominio del tiempo en todas sus frecuencias. En un gráfico FFT es fácil identificar las frecuencias y amplitudes que conforman una señal.

FFT

La FFT es la herramienta fundamental del análisis de vibraciones.

 

Parámetros de medición

Existen 3 parámetros básicos que se le miden a la vibración y la diferencia es la importancia que cada uno le da a las frecuencias.

La Aceleración le da mayor importancia a las altas frecuencias. Es útil para ver el estado de los rodamientos y engranajes.

La Velocidad le da igual importancia a altas y a bajas frecuencias. Es la base para medir la energía destructiva de la vibración y por lo tanto la unidad más importante.

El Desplazamiento le da mayor importancia a las bajas frecuencias. Es útil para evaluar el desbalanceo dinámico, órbitas y ODS (simulación de las deformaciones en 3D).

Observe los espectros a continuación. Pertenecen a la misma señal por lo tanto verá usted picos a las mismas frecuencias, pero con diferentes amplitudes en cada una. Observe como cambia la importancia que cada parámetro le asigna a las frecuencias.

 

AceleraciónFFT Acceleration
VelocidadFFT Velocity
DesplazamientoFFT Displacement

 

Planes de mantenimiento

 

El análisis de vibraciones en el mantenimiento correctivo tiene como objetivo diagnosticar y corregir un problema de vibración existente.

Por el contrario, en el mantenimiento predictivo el objetivo es predecir las fallas mediante la tendencia generada a través de las mediciones tomadas a lo largo del tiempo.

 

¿Se puede predecir una falla? – Mantenimiento Predictivo

¡Sí! o al menos en la mayoría de los casos. Hagamos una analogía.

¿Has llevado tu auto alguna vez al mecánico porque notaste un nuevo ruido, o bien porque un ruido que ya estaba se hizo más fuerte?

Inconscientemente al llevarlo al mecánico estás haciendo un análisis predictivo. Sabes que si no llevas el auto al mecánico el auto eventualmente te dejará varado. Y esa es tu predicción. En el mantenimiento predictivo el principio es el mismo, pero a diferencia del auto, no siempre estamos cerca de las máquinas para poder escuchar los ruidos, además de que gran parte de estos son inaudibles. Para esto existen los analizadores, que con precisión te dirán qué amplitud tienen esos “ruidos” y como se comportan a lo largo del tiempo.

 

Vibration Trend

Tendencia del RMS a lo largo del tiempo

 

Mantenimiento Proactivo

El mantenimiento proactivo es una nueva tendencia que pretende, no sólo predecir que la máquina va a fallar, sino también especificar con exactitud la causa por la que va a fallar.

Existen diversas formas de abordar el mantenimiento proactivo. La mayoría se basan en rastrear las frecuencias en particular del espectro responsables de que la vibración total esté aumentando. El problema es que un espectro normal puede estar conformado por 400 hasta 200,000 puntos y rastrear la tendencia de cada uno de esos puntos puede llegar a ser muy complicado y difícil de visualizar.

Las Bandas de octavas son espectros FFT simplificados con un número estándar de líneas, usualmente entre 8 y 32. Sirven para poder rastrear el comportamiento a través del tiempo de cada sección de los espectros grabados. De esta manera se puede saber que componente de la máquina se está deteriorando con mucho mayor precisión.

Octave Band Bars

Bandas de Octavas, Barras

 

Octave Bands Trend

Bandas de Octavas, Tendencia

 

Nuevas tecnologías en el análisis de vibraciones

En los últimos 5 años, increíbles tecnologías han emergido con el fin de mejorar y facilitar el mundo de las vibraciones. Así mismo estas tecnologías convierten al análisis vibracional en algo más accesible y sencillo de usar.

 

Analizadores de vibraciones

Nuevas generaciones de analizadores de vibraciones han emergido para traer funcionalidades impresionantes que a la vez son fáciles de usar como las simulaciones 3D:

ODS en Análisis de Vibraciones, Vibration Analysis

 

Checa este analizador de vibraciones:

digivibe-vibration-analyzer

Analizador de vibraciones DigivibeMX

Acelerómetros Inalámbricos

La nueva era de la tecnología ha permitido que acelerómetros inalámbricos comuniquen con casi cualquier dispositivo como el teléfono móvil. A pesar del enorme ancho de banda que se requiere, el acelerómetro triaxial inalámbrico es capaz de enviar en tiempo real la vibración de 3 ejes simultáneamente. Estos sensores son incluso capaces de agregar un cuarto canal accesorio para referencia o balanceo.

Wireless Accelerometer Recording

IOT Internet de las cosas – para el análisis de vibraciones

Dispositivos del tamaño de una pelota de golf ahora son capaces de enviar la vibración de forma inalámbrica a través de internet durante 3 a 6 años sin necesidad de cambiar la batería. De hecho, sólo es necesario fijar la base y configurar la máquina tal como se hace en cualquier analizador de vibraciones. La diferencia es que en este caso se puede hacer a través de la nube o de tu propio Smartphone. Adicionalmente, esta tecnología ahora incluye también sensores de temperatura, amperaje, RPMs entre otros, que permiten integrar estas mediciones con el análisis.

 

La Nube en el análisis de vibraciones para el monitoreo continuo

La nueva tecnología web y los avances en telecomunicaciones permiten ahora enviar los datos registrados en un Smartphone o en los dispositivos IOT a través de la nube para poderlos automatizar y compartir con los expertos analistas a distancia.

 

De la misma manera, los datos de la nube nos permiten compartir la información con el cliente final para su toma de decisiones.

El mantenimiento basado en la nube es ahora una tendencia al igual que en muchas otras áreas de nuestras vidas.

Un buen ejemplo de sistema de Análisis de Vibraciones basado en la nube lo puede ver en EIAnalytic.com.

Aprender ahora del análisis de vibraciones basado en la nube nos permitirá mantenernos a la vanguardia de las tecnologías que se aproximan.

Algoritmos de aprendizaje

Nuevos algoritmos de auto-aprendizaje de fallas en la maquinaria están ahora revolucionando el proceso del análisis de vibración. Estos programas tienen como objetivo aprender de las máquinas a las que están conectados. Posteriormente son capaces de predecir fallas basándose en la experiencia que adquieren sobre ésta.

Estos sistemas reducen la carga de trabajo para los analistas permitiéndoles enfocarse en casos que lo ameriten.

 

 

¿Como impactarán estas nuevas tecnologías en nuestras vidas?

 

Sin duda estas nuevas tecnologías cambiarán mucho la forma en la que vemos el análisis de vibraciones actualmente. No sólo nos harán la vida más sencilla en términos de trabajo rutinario, sino que además nos permitirán crecer más en el conocimiento de las vibraciones y sus relaciones con otros parámetros.

Entre más pronto adoptemos estas tecnologías más tiempo tendremos para estudiarlas y aprender de su potencial y de actualizarnos en este medio que cambia con tanta velocidad.

 

Conclusiones

El estudio de vibraciones es una disciplina que se empezó a estudiar hace casi 100 años y sólo se transformó propiamente en análisis de vibraciones hasta hace poco más de 4 décadas. A partir de ahí el análisis de las vibraciones ha evolucionado a la par de la tecnología digital. Es también una tecnología que se encuentra en continuo desarrollo y que continuamente presenta nuevos retos, tanto para los que la desarrollan como para los usuarios.

 

 

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Análisis de Vibraciones

S O B R E   D E L  A U T O R

Thierry Erbessd,  empresario mexicano que ha revolucionado el ámbito del Análisis de Vibraciones y Balanceo Dinámico a nivel mundial.

Thierry es egresado del Instituto Politécnico Nacional de México y es también Programador por pasión, es el creador del software DigivibeMX que compite entre los mejores softwares para análisis de vibraciones. Actualmente es el Presidente del grupo Erbessd Instruments, empresa líder en soluciones para el mantenimiento industrial.

ERBESSD INSTRUMENTS empresa fabricante de Equipos de Análisis de Vibraciones y Máquinas de Balanceo Dinámico con oficinas en México y Estados Unidos.

 

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Sistema de Monitoreo

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