Los sistemas de monitoreo de vibración desempeñan un papel vital en la detección de posibles problemas en maquinaria y equipos en muchas industrias diversas. Estos sistemas monitorean actualmente maquinaria rotativa y alternativa como bombas, turbinas, motores, compresores, ventiladores y otros equipos, como tuberías y estructuras de soporte. Extrapolan información sobre la salud del equipo detectando irregularidades o anomalías. Esta información puede utilizarse para apoyar la eficiencia y longevidad de la maquinaria y/o equipos.

Consulte nuestra última publicación en el blog para profundizar su conocimiento sobre vibración, métodos de medición y herramientas para la detección de vibraciones en maquinaria.

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Uso de la Vibración a lo Largo de la Historia

Las máquinas y otros sistemas mecánicos vibran debido a las diferentes fuerzas y rigideces que actúan sobre ellas. Esta vibración puede proporcionar información valiosa sobre cómo está funcionando la máquina y dónde se encuentran los posibles problemas. Aunque existen sistemas complejos y precisos en uso hoy en día, los usos históricos del monitoreo de vibración fueron desarrollados y utilizados hasta que se crearon sistemas más modernos.

Uno de estos métodos de monitoreo de vibración es el método de la cola de pez, que utiliza un trozo de madera con una muesca en forma de V colocada contra el eje rotativo. Un técnico utiliza cuidadosamente un palo contra el eje rotativo para sentir o percibir el nivel de vibración. Otro método de monitoreo de vibración más antiguo es el método del destornillador. Un técnico experimentado utiliza el camino conductor del destornillador para aislar la ubicación de la vibración en una máquina. Aunque requerían técnicos experimentados y pueden parecer rudimentarios, ambos métodos tenían valor cuando fueron creados y utilizados. Afortunadamente, los métodos de medición de vibración han avanzado mucho desde que estos métodos eran populares.

Los sistemas actuales de monitoreo de vibración son mucho más avanzados. Recopilan información sobre cómo está vibrando la máquina y utilizan esta información para encontrar patrones o irregularidades que surgen en la salida de vibración. Estos datos pueden ayudar a los operadores a encontrar y reparar problemas antes de que ocurran, en lugar de esperar cambios visibles o audibles que indiquen un problema. Cuando el operador sin equipo de monitoreo puede detectar estos cambios, el problema ya ha aumentado en gravedad. Puede haber resultado en más daño que si el problema se hubiera detectado antes. Dado que las empresas han reconocido el valor del monitoreo de vibración, los sensores de vibración se han convertido en parte de sistemas integrales que monitorean la maquinaria y otros equipos en la planta para garantizar que el proceso continúe funcionando y que las personas y las instalaciones permanezcan seguras.

¿Qué es la Vibración?

Para entender la funcionalidad de estos sistemas, es necesario comprender la vibración en sí misma. La vibración es la oscilación mecánica o movimiento alrededor de una posición de equilibrio de un componente o máquina. Puede ser aleatoria, como el movimiento de un neumático en un camino de grava, o periódica, como el movimiento de un péndulo. Técnicamente, la vibración es una relación entre las fuerzas y las rigideces. En maquinaria rotativa o alternativa y en elementos estructurales, los niveles de vibración cambian dependiendo de los cambios en las fuerzas o en la rigidez, o ambos.

Hay dos formas en que un objeto puede vibrar: vibración libre y vibración forzada.

• Vibración libre: Esto ocurre cuando una estructura u objeto es impactado o desplazado y luego se le permite oscilar naturalmente. Un diapasón es un ejemplo: después de golpear el diapasón, éste vibra a su frecuencia natural y el sonido disminuye debido a las fuerzas de amortiguamiento. Esto es similar a varios instrumentos musicales como un piano, guitarra, tambores, etc.

• Vibración forzada: Este tipo de vibración se aplica a un sistema mecánico. Por ejemplo, una lavadora podría estar vibrando debido a un desequilibrio. El desequilibrio es un buen ejemplo de vibración forzada. En máquinas rotativas, el desequilibrio residual es normal para la mayoría de las maquinarias. Es impráctico equilibrar perfectamente la maquinaria debido al costo. Mientras el desequilibrio esté dentro de límites y sea aceptable, medido por la vibración, la máquina puede operar un número infinito de ciclos sin degradación.

¿Cómo se Mide la Vibración?

La vibración se mide y se informa en términos de velocidad, aceleración y/o desplazamiento. Las unidades de medida dependen del diseño del transductor de vibración y de lo que se esté midiendo.

• Desplazamiento: Es la distancia que recorre el objeto. Para vehículos, las distancias son grandes, por lo que se miden en millas o kilómetros. Por el contrario, la distancia que un objeto vibra será pequeña, por lo que la medición se realiza en mils (1/1000 de pulgada) o micras (1/1000 mm). En términos de vibración, la medición será en mils pico a pico o micras pico a pico. El desplazamiento se mide generalmente con sondas de proximidad que miden el movimiento relativo del rotor con respecto al alojamiento en máquinas que utilizan rodamientos de película fluida (de manga o de cojinetes). En máquinas de movimiento lento (10 Hz o menos), con rodamientos de elementos rodantes, se emplea un sensor de velocidad, pero la salida se integra al desplazamiento para proporcionar una medida más significativa de la vibración.

• Velocidad: Es la velocidad a la que ocurre el desplazamiento, o la tasa de cambio del desplazamiento. Usando la analogía del automóvil anterior, se utilizan unidades más grandes como millas por hora o kilómetros por hora. Con maquinaria rotativa o alternativa, se utilizan unidades más pequeñas como pulgadas por segundo (ips) pico o milímetros por segundo (mm/s) pico para la vibración. Dependiendo de la planta o instalación, en lugar de unidades de velocidad pico, algunas personas usan la velocidad en términos de velocidad RMS pico. RMS significa valor eficaz cuadrático medio de la velocidad, que es la cantidad total de energía o área bajo la onda sinusoidal de vibración rectificada. Por lo tanto, la velocidad también se puede expresar como ips RMS pico o mm/s RMS pico.

• Aceleración: Es la tasa de cambio de la velocidad. Usando la analogía del vehículo, puedes sentir la aceleración cuando presionas el acelerador y aceleras o cuando presionas el freno y desaceleras (te detienes). Para maquinaria rotativa y alternativa, las unidades de medida están en g pico o metros por segundo cuadrado (m/s^2) pico. Al igual que en el caso de la velocidad anterior, la aceleración se puede expresar en términos de g RMS pico o m/s^2 RMS pico. Típicamente, se utilizan unidades de desplazamiento al hablar de sensores de proximidad, y las unidades de velocidad y aceleración se utilizan al hablar de sensores sísmicos. Los sensores de proximidad se utilizan generalmente con máquinas de rodamientos de película fluida y los sensores sísmicos se utilizan generalmente con máquinas de rodamientos de elementos rodantes. La elección del sensor tiene mucho que ver con la relación señal-ruido de la señal de vibración generada por la máquina, dada la disposición particular de los rodamientos y la velocidad de la máquina.

Herramientas para Detectar Vibraciones de Máquinas

Como se mencionó anteriormente, el equipo de detección de vibraciones ha mejorado para proporcionar una advertencia temprana de los cambios en la condición de la máquina. Hay varias opciones disponibles.

• Sensores y Sistemas de Monitoreo de Vibración: Estos sistemas proporcionan la amplitud general de la vibración. La amplitud de la vibración es indicativa de la severidad de la misma. Sin embargo, cabe destacar que lo que realmente debe vigilarse son los cambios en la amplitud de la vibración respecto a lo normal. Esto se debe a que los niveles de vibración que suben o bajan significativamente respecto a lo normal suelen ser indicaciones de un problema en la máquina. Estos sistemas también pueden ser sofisticados, no solo utilizando la amplitud general, sino también observando la amplitud y el ángulo de fase de la vibración. Si el sistema utiliza sensores de proximidad, la posición también puede ser monitoreada junto con el ángulo de fase y la amplitud de la vibración..

• Transmisores y Sistemas de Control de Vibración: Estos sistemas aprovechan la simplicidad del transmisor de vibración. El transmisor de vibración toma una señal de vibración compleja y la convierte en una salida de 4-20mA fácil de interpretar, adecuada para sistemas de control.

• Medidor de Vibración: Estos funcionan leyendo y midiendo la vibración de una máquina recopilada por un sensor de vibración conectado a la máquina generalmente en un solo punto. Este sistema consta de un sensor de vibración, un cable y un lector que muestra los valores de vibración de la máquina en el punto de medición.

• Analizador de Vibración: Este instrumento mide la vibración simultáneamente desde varios puntos a lo largo del tren de máquinas. Este sistema proporciona una mejor imagen de lo que está sucediendo dentro de la máquina. Estos sistemas aprovechan toda la forma de onda de la vibración, incluyendo la amplitud de la vibración, la frecuencia, el ángulo de fase, la forma de vibración y, si se utilizan sondas de proximidad, la posición de la máquina. Estos sistemas suelen estar acoplados con los sistemas de monitoreo de vibración mencionados anteriormente.

Este contenido ha sido traducido y adaptado de un artículo publicado en www.metrixvibration.com