10 Principios del Análisis de Vibraciones que Debes Conocer

¿Qué es el Análisis de Vibraciones?

El análisis de vibraciones se define como la técnica de medir la vibración para identificar anomalías en maquinaria industrial. Utilizando algoritmos FFT, los analizadores de vibraciones separan las señales de vibración en componentes de amplitud y frecuencia para facilitar el reconocimiento de fallas.

Fallas Identificadas Mediante Técnicas de Análisis de Vibraciones

El análisis de vibraciones es capaz de identificar casi todas las fallas que puede tener una máquina. Por ello, el análisis ocasional necesita métodos complementarios para confirmar un diagnóstico. Las siguientes son las fallas más comunes que identifica el análisis de vibraciones:

1. Desbalance
2. Fallas en rodamientos
3. Holgura mecánica
4. Desalineación
5. Resonancia y frecuencias naturales
6. Fallas eléctricas en motores
7. Flecha doblada
8. Fallas en cajas de engranajes
9. Cavitación en bombas
10. Velocidades críticas

Cómo Encontrar un Equipo de Análisis de Vibraciones

Encuentra el mejor equipo de análisis de vibraciones que se adapte a tus necesidades. Si te interesa saber cómo encontrar el mejor analizador de vibraciones, haz clic aquí.

Los equipos de análisis de vibraciones son instrumentos utilizados para medir, almacenar y diagnosticar la vibración producida por tus máquinas. Los equipos de análisis de vibraciones utilizan herramientas basadas en FFT para medir frecuencias e identificar las causas que las originan. Puedes encontrar algunos ejemplos aquí:

Equipo Portátil de Análisis de Vibraciones | Digivibe MX®

El Equipo de Análisis de Vibraciones Digivibe MX® M30 es un sistema avanzado y portátil diseñado para analizar las vibraciones de la maquinaria de forma individual. Balanceo en sitio para 1 y 2 planos.

• Rango de frecuencia: 1 Hz - 14 kHz
• Líneas de resolución: 1,638,400
• Canales de entrada simultáneos: 4
• Capacidad de balanceo: Sí
• Simulaciones 3D (ODS)

Explorar Analizadores de Vibraciones

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Analizador de Vibraciones Inalámbrico | EI WiSER® 3X

El acelerómetro triaxial EI WiSER® 3X también tiene compatibilidad con las aplicaciones WiSER VIBE® y Digivibe MX®.

• Rango de frecuencia: 1 Hz - 14 kHz
• Líneas de resolución: 1,638,400
• Canales de entrada simultáneos: 4

Explorar EI WiSER® 3X

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Equipo Permanente de Análisis de Vibraciones | PHANTOM®

El PHANTOM® EPH-V11 es un sensor de vibraciones inalámbrico diseñado para montaje permanente. PHANTOM® registra FFT de vibración en 3 ejes. Batería reemplazable de larga duración de 2 a 3 años.

• Rango de frecuencia: 1 Hz - 10 kHz
• Rango de amplitud: 32g
• Líneas de resolución: 6,400

Explorar PHANTOM®

Limitaciones del Análisis de Vibraciones

Los expertos en vibraciones y los desarrolladores han realizado grandes esfuerzos para crear funciones que resuelvan las pocas limitaciones del análisis de vibraciones; sin embargo, todavía hay algunas cuestiones que no podemos ver a través de él.

Frecuencias muy altas: Los sensores comunes tienen una frecuencia máxima de 10 a 15 kHz. Si no inviertes en sensores especiales, las frecuencias más altas serán invisibles para el equipo.

Frecuencias ultrabajas: Aunque es posible medir frecuencias muy bajas, con frecuencia se ignoran porque requieren muestras largas que no se realizan en una ruta normal.

Condición del lubricante: Esta es una de las mayores limitaciones del análisis de vibraciones. La condición del lubricante no puede evaluarse con esta técnica; solo se puede sospechar la falta del mismo.

Fundamentos del Análisis de Vibraciones

Análisis de Vibraciones - Conceptos Básicos

El análisis de vibraciones no requiere desmontar ni detener la máquina y, por lo tanto, es un método no invasivo. De hecho, un sensor que transforma el movimiento en una señal eléctrica es el principio de un analizador de vibraciones. Posteriormente, el analizador calcula todos los parámetros predefinidos y luego almacena esta señal.

Sensores para Análisis de Vibraciones

El sensor más común utilizado en el análisis de vibraciones es el acelerómetro, aunque también puedes encontrar transductores de velocidad y sondas de desplazamiento. De hecho, los acelerómetros proporcionan una salida de voltaje cuya amplitud es proporcional a la aceleración de la vibración. Posteriormente, el analizador puede integrar esta señal para obtener la velocidad y el desplazamiento, lo que hace del acelerómetro el sensor más versátil.

Concepto de Vibración

Las máquinas rotativas producen vibración durante su operación normal como consecuencia de las fuerzas de fricción y centrífugas tanto de las partes giratorias como de los rodamientos. Como resultado, la vibración puede medirse, registrarse, seguirse en tendencia y en la mayoría de los casos incluso escucharse. Así, definimos la vibración como un movimiento repetitivo alrededor de un punto de equilibrio caracterizado por su variación en amplitud y frecuencia. Tanto la amplitud como la frecuencia se utilizan en innumerables cálculos esenciales para el diagnóstico.

Definición de 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. De hecho, la amplitud está relacionada con la cantidad de movimiento. Por otro lado, el valor RMS (media cuadrática) describe la cantidad de energía contenida en esta vibración. El RMS es el parámetro más utilizado para medir la intensidad de la vibración.

¿Qué es la Frecuencia?

La frecuencia mide la tasa a la que ocurren los movimientos en la vibración por segundo en Hz (o por minuto CPM). Imagina un piano: cada nota corresponde a una frecuencia; si presionas varias teclas escucharás un sonido compuesto. Las frecuencias y amplitudes de cada nota se combinan para crear una señal compleja. De manera similar, la vibración puede ser una composición de múltiples frecuencias, cada una de las cuales puede obedecer a una causa diferente. Del mismo modo, piensa que el número de componentes de una señal de vibración puede ser tan grande como las teclas de un piano, porque cada parte mecánica tiene su propio patrón vibracional. Por lo tanto, cada máquina tendrá su propia huella de vibración, y es trabajo de un analista de vibraciones identificar los problemas dentro de esa huella.

¿Qué es la FFT?

La FFT (Transformada Rápida de Fourier) es un cálculo matemático destinado a descomponer una señal en todas sus frecuencias. Un gráfico FFT brinda la posibilidad de diagnosticar fallas basándose en frecuencias y evaluar la intensidad de cada una de ellas según la amplitud.

Parámetros de Medición de Vibraciones

Las técnicas de análisis de vibraciones identifican 3 parámetros de medición principales. Cada uno de estos parámetros da mayor importancia a ciertos rangos de frecuencias.

La Aceleración da mayor importancia a las frecuencias altas. Es útil para ver la condición de los rodamientos.

La Velocidad da igual importancia a las frecuencias altas y bajas. Está relacionada con la fuerza destructiva de la vibración y, por lo tanto, es la unidad más importante disponible.

El Desplazamiento prefiere las frecuencias bajas. Es útil durante el balanceo dinámico, los orbits y el ODS (Formas de Deflexión Operativa).

Observa los espectros a continuación. Todos pertenecen a la misma señal. Nota que verás picos en las mismas frecuencias, pero con diferentes amplitudes en cada uno. Además, observa cómo cada parámetro asigna diferente importancia a los rangos de frecuencia.

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 fallas generadas por el seguimiento de tendencia de la vibración e identificar su comportamiento a lo largo del tiempo.

¿Puede el Análisis de Vibraciones Predecir Fallas? - Mantenimiento Predictivo

Sí, en la mayoría de los casos podemos predecir fallas. Hagamos una analogía.

¿Alguna vez llevaste tu auto al mecánico porque notaste un nuevo ruido, o porque un ruido que ya estaba ahí se está volviendo más fuerte?

Inconscientemente, al tomar esta decisión estás prediciendo una falla. Sabes que si no llevas el auto al mecánico eventualmente te dejará varado; esa es tu predicción. En el mantenimiento predictivo el principio es el mismo, pero a diferencia de los autos, no siempre estamos cerca de las máquinas para poder escuchar los ruidos o sentir las vibraciones, por no mencionar que la mayoría son inaudibles. Por lo tanto, los analizadores de vibraciones registran con precisión la tendencia de la amplitud de estos “ruidos” y, mejor aún, son capaces de identificar la fuente de lo que está elevando el “ruido”.

Mantenimiento Proactivo

El mantenimiento proactivo es una nueva tendencia que busca no solo predecir tiempos de inactividad, sino también especificar con precisión las fallas que los causarán.

Hay varios enfoques para esto, pero todos se basan fundamentalmente en rastrear qué frecuencias son responsables de los cambios en la vibración. Un espectro normal suele tener entre 400 y 200,000 puntos, y rastrear cada uno a lo largo del tiempo es complicado.

Las bandas de octava son espectros FFT simplificados con un número estándar de líneas, generalmente entre 8 y 32. De esta forma, las bandas de octava son muy útiles para rastrear una pequeña cantidad de segmentos del FFT a lo largo del tiempo. Por lo tanto, identificar componentes defectuosos es mucho más fácil.

Analizadores de Vibraciones

La nueva generación de analizadores de vibraciones ha evolucionado con funciones complejas fáciles de usar, como simulaciones 3D o análisis de cajas de engranajes. Además, estos analizadores integran millones de líneas de resolución y grabación automatizada de rutas, facilitando enormemente nuestro trabajo. Si te interesa leer sobre cómo elegir el mejor analizador de vibraciones, lee este artículo.

Acelerómetros Inalámbricos

La nueva era de la tecnología ha permitido que los acelerómetros inalámbricos se comuniquen con casi cualquier dispositivo, como smartphones y tabletas. A pesar del gran ancho de banda que requieren estos acelerómetros triaxiales inalámbricos, son capaces de enviar 3 ejes simultáneamente en tiempo real e incluso con la posibilidad de agregar un cuarto canal para análisis de fase y balanceo.

¡Conoce este acelerómetro inalámbrico!

IOT (Internet de las Cosas) en el Análisis de Vibraciones

Dispositivos del tamaño de una pelota de golf ahora son capaces de enviar vibraciones de forma inalámbrica durante 3 a 6 años sin cambiar la batería. Con solo pegar la base y configurarlo en el software estarás listo para comenzar a analizar a través de la nube o directamente en tu smartphone. Además, esta tecnología ahora también incluye sensores de temperatura, corriente, RPM y muchos otros que integran nuevos parámetros dentro del mismo análisis.

¡Conoce este sensor de vibraciones IOT!

Análisis de Vibraciones en la Nube

La nueva tecnología web y el progreso en las telecomunicaciones ahora nos permiten enviar datos registrados en smartphones o a través de dispositivos IOT a la nube para automatizarlos y compartirlos con analistas expertos remotos para un análisis más profundo.

Del mismo modo, los datos en la nube nos permiten compartir fácilmente información con el usuario final para facilitar la toma de decisiones. Los reportes automatizados ahora están disponibles con herramientas personalizables que permiten a los usuarios ver exactamente lo que necesitan.

El mantenimiento basado en la nube es una tendencia al igual que en todos los demás aspectos de nuestras vidas.

Un buen ejemplo de análisis de vibraciones basado en la nube es el eianalytic.com de ERBESSD INSTRUMENTS®.

Aprender ahora sobre los sistemas de análisis de vibraciones basados en la nube es muy importante, ya que se volverán cada vez más complejos en el futuro.

Algoritmos de Aprendizaje en el Análisis de Vibraciones

Los nuevos algoritmos para el autoaprendizaje de patrones de maquinaria están creciendo y volviéndose más populares. Estos algoritmos miden los valores RMS durante un período de tiempo para luego evaluar qué rango de valores es normal para esa máquina en particular. De este modo, estos sistemas son capaces de informar siempre que la vibración de la máquina supere el máximo.

Otra forma de aprendizaje es crear automáticamente una alarma de envolvente sobre un promedio de FFTs (ver imagen). Tras definir un límite de envolvente normal, los sistemas son capaces de detectar siempre que una frecuencia particular en el espectro alcance un límite.

Estos algoritmos ya están haciendo el análisis de vibraciones mucho más fácil, dejando las tareas complejas a las computadoras. Estos sistemas reducen significativamente la carga de trabajo para los analistas de vibraciones y les permiten concentrarse en lo que realmente merece su tiempo.

¿Cómo Impactarán estas Nuevas Tecnologías en Nuestras Vidas?

Estas nuevas tecnologías cambiarán enormemente la forma en que vemos el análisis de vibraciones hoy. No solo nos facilitarán la vida en términos de trabajo rutinario, sino que también permitirán que nuestro conocimiento crezca aún más en cuanto a las vibraciones y sus relaciones con otros parámetros.

Cuanto antes adoptemos estas tecnologías, más tiempo tendremos para aprender su potencial. Adaptar nuestra forma de pensar es crucial en este entorno que cambia a tal velocidad.

Resumen

El estudio de las vibraciones es una disciplina que comenzó hace casi 100 años y solo estuvo disponible para la industria en general hace menos de 4 décadas. Desde entonces, el análisis de vibraciones ha evolucionado junto con la tecnología digital, forzando su evolución continua. Las nuevas tecnologías crean constantemente nuevos desafíos tanto para quienes las desarrollan como para los usuarios.

Los algoritmos de análisis de vibraciones evolucionarán y serán aún más precisos y confiables. En muy poco tiempo veremos este tipo de sensores en cada máquina.