28-02-2008 | Ingeniería » Boletines

Vibraciones Mecánicas

VIBRACIONES MECANICAS

El estudio de las Vibraciones Mecánicas es una rama de la Mecánica, y por lo tanto de la Ciencia, que estudia los movimientos oscilatorios de los cuerpos, sistemas y de las fuerzas asociadas. El interés de de las Vibraciones Mecánicas llega al Mantenimiento Industrial de la mano del Mantenimiento Preventivo, con el interés de Alerta que significa un elemento vibrante en una Maquina, y la necesaria prevención de las fallas que traen las Vibraciones a medio plazo.

EL MANTENIMIENTO Y LAS VIBRACIONES

El interés principal para el Mantenimiento deberá ser la identificación de las amplitudes predominantes de la Vibraciones detectadas en el elemento o máquina, la determinación de las causas de la vibración, y la corrección del problema que ellas representan. Las consecuencias de las Vibraciones Mecánicas son el aumento de los esfuerzos y las tensiones, pérdidas de energía, desgaste de materiales, y las más temidas: daños por fatiga de los materiales, además de ruidos molestos en el ambiente laboral, etc

PARAMETROS DE LAS VIBRACIONES

• Frecuencia: Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio. En los estudios de Vibración se usan los CPM ( ciclos por segundo) o HZ ( hercios).
• Desplazamiento: Es la distancia total que describe el elemento vibrante, desde un extremo al otro de su movimiento.
• Velocidad y Aceleración Como valor relacional de los anteriores.
• Dirección: Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3 rotacionales.

TIPOS DE VIBRACIONES

• Vibración libre: causada por un sistema vibra debido a una excitación instantánea.
• Vibración forzada: causada por un sistema vibra debida a una excitación constante.

LAS CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECANICAS

A continuación detallamos las razones mas habituales por las que una máquina o elemento de la misma pueder llegar a vibrar.
• Vibración debida al Desequilibrado (maquinaria rotativa).
• Vibración debida a la Falta de Alineamiento (maquinaria rotativa)
• Vibración debida a la Excentricidad (maquinaria rotativa).
• Vibración debida a la Falla de Rodamientos y cojinetes.
• Vibración debida a problemas de engranajes y correas de Transmisión (holguras, falta de lubricación, roces, etc).


EQUILIBRADO EN MAQUINARIA INDUSTRIAL

El equilibrado, define el hecho de determinar y compensar un desequilibrio, es decir el centrado de las masas de un cuerpo rotor de forma que el eje de rotación coincida con el eje de inercia, consiguiendo así que el giro sea concéntrico.
Cada día las máquinas y equipos se construyen mas rápidos, ligeros y potentes; si no están correctamente equilibrados, presentan fuerzas y momentos centrífugos provocan vibraciones que pueden aflojar tornillos, tuercas y remaches, además de causar presiones en los cojinetes, casquillos y rodamientos, llegando en muchas ocasiones a la rotura de los mismos por la fatiga del material; las vibraciones provocan además ruidos molestos y perturbadoresen el ambiente de trabajo.
Cuanto más rápidas sean las máquinas, el equilibrado debe ser mas preciso ya que las fuerzas centrífugas aumentan en proporción al cuadrado de la velocidad; especialmente es necesario su equilibrado para evitar problemas en el momento de atravesar la zona de resonancia de partes y elementos que componen la máquina, como el anclaje de la misma, carcasas, protecciones, mordazas, etc.


DESEQUILIBRIOS: ESTATICOS Y DINAMICOS

Conviene tener muy clara la diferencia entre ambos desequilibrios, dado que puede existir uno de ellos, ambos o ninguno, cada uno con sus caracteristicas específicas, tanto de causas como de consecuencias y de, claro está, soluciones.


DESEQUILIBRIO ESTATICO

El desequilibrio estático es aquel que podemos encontrar colocando el rotor en unas paralelas y dejándolo que gire por si mismo hasta que se para. La parte mas pesada del conjunto del rotor quedará en la parte baja y la menos pesada en la parte alta del rotor. Si un rotor tuviera tan solo desequilibrio estático, es decir que el desequilibrio está distribuido en toda su longitud y en un mismo ángulo, el comportamiento en el momento de girar será como se representa en la figura siguiente; el eje de giro y el de inercia se separan, en paralelo, una distancia que depende de la fuerza generada por el desequilibrio.
Para eliminar ( compensar ) el desequilibrio estático puede colocarse una masa en cada lado del eje ( en sentido longitudinal) y en sentido contrario al desequilibrio, o bien una masa en el centro del rotor de un valor igual a la suma del desequilibrio estático. Este es, por ejemplo, el sistema usado en el equilibrado de ruedas-llantas en automóviles.

DESEQUILIBRIO DINAMICO

El desequilibrio dinámico es aquel que aparece tan sólo cuando el rotor está en funcionamiento, en rotación, es decir que no podríamos detectarlo en unas sencillas paralelas como el desequilibrio estático. Por lo tanto, es imprescindible colocar el rotor en una máquina equilibradora o bien realizar la medición funcionando "in situ", mediante equipos adecuados. Debemos tener presente que un rotor que está equilibrado estáticamente puede tener un desequilibrio dinámico muy grande y por tanto provocar vibraciones, es por ello que los equipos de medición de calidad deben presentar al equilibrador, además del desequilibrio estático, el desequilibrio de cada lado o dinámico para que el usuario pueda determinar el tipo de equilibrado que conviene.

DESEQUILIBRADO DE EJES Y VIBRACIONES

Como un rotor esté alojado en soportes de rodamientos, transmitirá la vibración provocada por su desequilibrado a través de éstos al conjunto máquina que lo soporta.
Por lo tanto, un equilibrado estático no siempre es suficiente para un rotor y que el mayor número de ocasiones debemos equilibrar tambien dinámicamente, es decir en dos planos, que además incluye el estático.
Por desgracia, la experiencia dice que en la generacion de las vibraciones en máquinas existen otros problemas, además del equilibrado: elasticidad, dilatación, resonancia, flexión, etc, como grandes factores causantes de vibraciones en las máquinas.

Fundamentos de la Termografía por Infrarrojos:

La Termografía Infrarroja es una técnica que permite, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar temperaturas de superficie con precisión.
La Física permite convertir las mediciones de la radiación infrarroja en medición de temperatura, esto se logra midiendo la radiación emitida en la porción infrarroja del espectro electromagnético desde la superficie del objeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas.
Los ojos humanos no son sensibles a la radiación infrarroja emitida por un objeto, pero las cámara termográficas, o de termovisión, son capaces de medir la energía con sensores infrarrojos, capacitados para "ver" en estas longitudes de onda. Esto nos permite medir la energía radiante emitida por objetos y, por consiguiente, determinar la temperatura de la superficie a distancia, en tiempo real y sin contacto.
La radiación infrarroja es la señal de entrada que la cámara termográfica necesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cada uno de los colores, según una escala detarminada, significa una temperatura distinta, de manera que la temperatura medida más elevada aparece en color blanco.


La Termografía en el Mantenimiento Industrial Preventivo

La gran mayoría de los problemas y averías en el entorno industrial - ya sea de tipo mecánico, eléctrico y de frabización - están precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados mediante la monitorización de temperatura con sistema de Termovisión por Infrarrojos. La implementación de programas de inspecciones termográficas en instalaciones, maquinaria, cuadros eléctricos, etc es posible minimizar el riesgo de un falla de equipos y sus consecuencias, a la vez que también ofrece una herramienta para el control de calidad de las reparaciones efectuadas.
El analisis mediante Termográfia infrarroja debe complementarse con otras técnicas y sistemas de ensayo conocidos, como pueden ser el análisis de aceites lubricantes, el análisis de vibraciones, los ultrasonidos pasivos y el análisis predictivo en motores eléctricos. Puden añadirse los ensayos no destructivos clásicos: ensayos radiográfico, el ultrasonido activo, partículas magnéticas, etc.



Aplicaciones de la Termografía en Mantenimiento Preventivo Industrial

El analisis mediante Cámaras Termográficas Infrarrojas, está recomendado para:
• Instalaciones y líneas eléctricas de Alta y Baja Tensión.
• Cuadros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y empalmes eléctricos.
• Motores eléctricos, generadores, bobinados, etc.
• Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y embragues mecánicos.
• Hornos, calderas e intercambiadores de calor.
• Instalaciones de Frío industrial y climatización.
• Líneas de producción, corte, prensado, forja, tratamientos térmicos.


Ventajas del Mantenimiento Preventivo por Termovisión

• Método de análisis sin detención de procesos productivos, ahorra gastos.
• Baja peligrosidad para el operario por evitar la necesidad de contacto con el equipo.
• Determinación exacta de puntos deficientes en una línea de proceso.
• Reduce el tiempo de reparación por la localización precisa de la Falla.
• Facilita informes muy precisos al personal de mantenimiento.
• Ayuda al seguimiento de las reparaciones previas

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