límites de vibración
límites de vibración – introducción
Este artículo habla sobre los límites de vibración, en las máquinas, según varios criterios.
Este artículo es parte de una serie de artículos incluidos en apoyo de Curso de Límites de Vibraciones
Cuando se produceanálisis de vibraciones engranajes, a través de la observación de los resultados demantenimiento predictivo, con unaanalizador de vibraciones Este artículo presenta los límites de vibración en bombas rotativas dinámicas según lo definido en la serie de normas ISO..
Los valores medidos por la instrumentación son evaluados en base a criterios y límites para verificar el estado de la máquina. Los sistemas de monitoreo y el equipo de recolección de datos pueden evaluar automáticamente los datos en función de los valores medidos.
Los niveles de medición globales generalmente se evalúan en términos de límites; ex., aceptación de equipos nuevos y reparados, normal, vigilancia y parada. Estos niveles se comparan a lo largo del tiempo para establecer tendencias.. Los niveles de medición se pueden expresar como valores de vibración globales – pico o pico a pico; la posición del rotor, el componente de frecuencia máxima de la vibración, y la vibración total o valor cuadrático medio (valor eficaz) de banda.
La medida utilizada debe basarse en la sensibilidad de la máquina, es decir,, el mayor cambio en el nivel de una medida, como la velocidad de vibración, debe obtenerse para un cambio en la condición de la máquina.
La velocidad efectiva se usa normalmente para medir la vibración en las carcasas de los cojinetes porque contiene tanto el desplazamiento como la frecuencia., simultáneamente y es, por lo tanto, una medida de fatiga. Además, La velocidad es el parámetro dominante en el rango de frecuencia de 10 hz una 1000 Hz a los que se producen la mayoría de las vibraciones de la máquina.
El desplazamiento es una buena medida para las máquinas con cojinetes de película de aceite porque determina directamente la cantidad de juego en el cojinete utilizado por la vibración..
La aceleración se utiliza para medir indicadores de fallas que se manifiestan a altas frecuencias., como la degradación de los rodamientos.
Spectrum se utiliza cuando se desean detalles., principalmente para la vigilancia. Cada línea de un espectro se compara, por computadora o manualmente, con un estándar o con datos de referencia iniciales. Los sistemas de monitoreo automático pueden comparar formas espectrales punto por punto y mediciones globales con datos de referencia o datos estándar.
Por lo general, se monitorean una o más mediciones de vibración. (desplazamiento relativo, velocidad o aceleración), dependiendo del diseño de la máquina. Los factores relacionados con el diseño de la máquina y las características operativas que influyen en la condición de la máquina incluyen la velocidad del rotor y la resistencia a la fatiga..
límites de vibración – La diversidad de máquinas.
Las cargas sobre la máquina también deben influir en los niveles de vibraciones y, por lo tanto, debe ser considerada.
La diversidad del diseño de máquinas., las condiciones de instalación y funcionamiento hicieron imposible desarrollar estándares absolutos, niveles, y pautas que se pueden usar junto con los sistemas de monitoreo para proteger las máquinas. por lo tanto, aunque los sistemas que monitorean la condición de la máquina pueden recopilar datos precisos muy rápidamente, estos datos son valiosos para la comparación y la interpretación solo si se han desarrollado criterios y límites para una clase de máquinas o para una sola máquina durante la operación.
sin embargo, las pautas generales están disponibles, que se puede utilizar para desarrollar criterios y límites. Este capítulo trata de las pautas y técnicas actualmente disponibles para desarrollar criterios y límites para máquinas específicas..
límites de vibración – Vibraciones relativas y absolutas
Las pautas para niveles de vibración aceptables se basan en mediciones de vibración relativa en el eje mediciones de vibración absoluta en la carcasa del cojinete.
La vibración relativa del eje se utiliza para evaluar la condición de una máquina con movimientos de cojinetes relativamente grandes y una relación alta entre el peso de la carcasa y el peso del rotor.. Se incluyen máquinas con rodamientos metálicos antifricción; las excepciones son las bombas centrífugas y algunos generadores.
Las vibraciones absolutas en la cubierta y el alojamiento del cojinete se utilizan en un programa de monitoreo de condición para evaluar máquinas con cojinetes rígidos.
Estandarización ISO sobre límites de vibración (relativo y absoluto) para máquinas específicas
Aquí puedes ver un vídeo sobre este tema., “Límites de vibración en máquinas – una historia de normalización”.
Existen numerosas normas ISO sobre máquinas específicas, entre las que destacan las que se muestran en la siguiente tabla..
Tabla estándar ISO para evaluar vibraciones relativas y absolutas en máquinas
| tipo de máquina | número estándar | Descripción |
| General | YO ASI 20816-1:2016 | Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de vibraciones de máquinas. Pieza 1: Reglas generales |
| Grupos electrógenos funcionando a 1500, 1800, 3000 mi 3600 RPM | YO ASI 20816-2:2017 | Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de vibraciones de máquinas. Pieza 2: turbinas de gas terrestres, turbinas de vapor y generadores de más de 40 MW, con cojinetes de metal antifricción y velocidades nominales de 1 500 rpm, 1 800 rpm, 3 000 r / min e 3 600 rpm |
| General | YO ASI 20816-3:2022 | Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de vibraciones de máquinas. Pieza 3: Máquinas industriales con potencia arriba 15 kW y velocidades de operación entre 120 r / min e 30 000 rpm |
| Turbinas de gas con más de 3 MW | YO ASI 20816-4:2018 | Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de vibraciones de máquinas. Pieza 4: Turbinas de gas arriba 3 MW, con cojinetes de metal antifricción |
| Grupos electrógenos para centrales hidroeléctricas | YO ASI 20816-5:2018 | Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de vibraciones de máquinas. Pieza 5: Conjuntos de máquinas en plantas de generación de energía hidráulica y almacenamiento de bombas |
| motores alternativos | YO ASI 10816-6 :1995 | vibración mecánica – evaluación de la vibración de la máquina a través de mediciones en piezas no giratorias – parte 6: máquinas alternativas con potencia superior 100 kilovatios |
| bombas rotativas dinámicas | YO ASI 10816-7:2009 | Vibración mecánica. Evaluación de la vibración de la máquina mediante mediciones en piezas no giratorias. 7: Bombas Dynamic Roto para aplicaciones industriales, incluyendo mediciones en ejes rotativos |
| Compresores alternativos | YO ASI 20816-8:2018 | Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de vibraciones de máquinas. Pieza 8: Sistemas de compresores alternativos |
| engranajes | YO ASI 20816-9:2020 | Vibraciones mecánicas. Medición y evaluación de vibraciones de máquinas. Pieza 9: engranajes |
| Aerogeneradores horizontales con engranajes | YO ASI 10816-21:2015 | Vibración mecánica. Evaluación de la vibración de la máquina mediante mediciones en piezas no giratorias. 21: Aerogeneradores horizontales con engranajes |
| Ventiladores | YO ASI 14694: 2003 | Ventiladores de uso general - Pieza 7: Este artículo presenta los límites de vibración en ventiladores definidos en la norma ISO. |
Cada uno de ellos merece una lectura atenta..
Como ejemplo a continuación, puede ver el criterio de velocidad efectiva medido en las cajas de rodamientos, retirado de ISO 20816-3:2022.
las letras A, B, C y D representan grados de calidad de vibración, que van desde bueno (UNA) lo inaceptable (D).
límites de vibración – Tipos de criterios de evaluación
Hay dos tipos principales de criterios de evaluación.:
- Nivel de vibración en condiciones de funcionamiento estables
- Cambio en el nivel de vibración
Este último es el más fiable a la hora de implementar programas de mantenimiento predictivo con medición de vibraciones..
Figura - Evaluación de la condición de la máquina por cambio en el nivel de vibración
Las características específicas de los cojinetes de metal antifricción.
Características de los cojinetes de metal antifricción., como la holgura diametral también son importantes. La excentricidad es la distancia entre el centro del eje en funcionamiento y el centro geométrico del rodamiento..
Figura – Geometría de un rodamiento metálico antifricción
La relación de excentricidad determina dónde opera el muñón en el rodamiento.. (la relación de excentricidad en la relación entre la distancia entre la línea central del muñón y la línea central del rodamiento y el juego radial como se muestra en la figura anterior.
Sin embargo, ambos pueden ser rigidos, ya sean rodamientos de rodillos o metal antifricción, y su flexibilidad con respecto al resto de la máquina es importante.
límites de vibración – Otros criterios – vibraciones relativas
La vibración del eje se mide con sensores de proximidad en los cojinetes o lo más cerca posible. Estas medidas son útiles si el movimiento relativo tiene la sensibilidad adecuada.. Una máquina con rodamientos no es lo suficientemente sensible.
Si se utilizan dos sondas de proximidad en un rodamiento, se puede obtener una órbita de su movimiento, así como la posición del muñón dentro del cojinete, mientras la máquina está en funcionamiento. Las mediciones del sensor de proximidad establecen la posición de equilibrio del eje. La señal dinámica proporciona la posición en cada instante. De esta información, se puede hacer directamente desde las medidas, una evaluación precisa del estado de los rodamientos.
En la siguiente figura se muestra una guía para evaluar la vibración del eje en función de las mediciones de los cojinetes.. Se dan los límites normales, vigilancia y parada.
Figura – Diagrama de Dresser-Clark para medir la vibración relativa del eje en máquinas turbo con sondas de proximidad
límites de vibración – Vibraciones relativas y juego de cojinetes
Un método ampliamente utilizado para evaluar la vibración del muñón en un cojinete deslizante es comparar la vibración relativa del rotor con la holgura del cojinete.. La siguiente tabla enumera la liquidación del diario, la velocidad del rotor, y la vibración relativa para las acciones de mantenimiento recomendadas. La relación R/C de la vibración relativa medida R (en µms pico a pico) y el juego diametral C (en µms pico a pico) del rodamiento se calcula e identifica en la siguiente tabla de acuerdo con la velocidad de la máquina. El juego diametral es la diferencia entre el diámetro del cojinete y el diámetro del muñón del eje..
mesa – Evaluación de la vibración del rotor/cojinete
Otros criterios – ambiente absoluto
En máquinas con cojinetes de rodillos, las fuerzas vibratorias se transmiten a la carcasa a través de los cojinetes. Las mediciones de vibración deben realizarse en las carcasas de los cojinetes., lo más cerca posible del rodamiento. Para medir la vibración se deben utilizar transductores de velocidad o acelerómetros.. El tipo de medición realizada depende del diseño y las condiciones de funcionamiento de la máquina..
Diagrama de Blake modificado
Los límites se basan en la medición de pico o rms y están diseñados para el componente de vibración a una RPM.
Un diagrama de Blake modificado, mostrado a seguir, está relacionado con la vibración general ajustada con un factor de servicio, para obtener el desplazamiento efectivo, la velocidad, o la aceleración. La vibración máxima en la carcasa del cojinete debe medirse utilizando la forma de onda o un sistema de medición de picos.. Tenga en cuenta que los ejes horizontal y vertical tienen una escala logarítmica.. Estos se utilizan para comprimir las escalas de modo que la gama completa de datos se pueda aplicar a un solo diagrama.. En este caso, Los datos pueden ser evaluados a partir de 0,25 mm/s hasta 250 mm/s, con el rango dinámico de variación apropiado. Se debe tener en cuenta la velocidad y el tipo de máquina..
Figura Diagrama de Blake modificado para límites máximos de vibración en la cubierta del cojinete
El nivel de vibración se aplica a la figura anterior., a la velocidad apropiada para obtener la condición de la máquina. Por ejemplo, un generador con una medida de vibración de 3,75 mm/s cae en la región "Alguna falla" del mapa. Las acciones de mantenimiento recomendadas en la siguiente tabla para la velocidad máxima o los valores rms se basan en datos de campo.
Tabla de límites de vibración según diagrama de Blake modificado*
*Estos valores deben ajustarse para reflejar el estado de la máquina..
Es posible que se requieran factores de servicio para algunos equipos especiales, dependiendo del proyecto, velocidad y/o proceso.
Se han establecido reglas generales que utilizan un factor de servicio para evaluar fallas del tipo una vez por revolución.. Estas reglas se basan en la velocidad de la vibración máxima medida en la carcasa.. Las reglas de orientación se han adaptado comparando los datos medidos en máquinas específicas con problemas conocidos con los niveles dados en las reglas.. En mediciones posteriores la vibración efectiva evaluada en las reglas se obtiene multiplicando la vibración medida por el factor de servicio.
Cuando se desconoce el factor de servicio, utilice:
- 1.0 para varias maquinas,
- 2 o 3 para máquinas críticas,
- 0.5 para máquinas no críticas.
Por ejemplo, si se consideraran satisfactorios 7,5 mm/s para un ventilador rotativo, se establecería un factor de servicio de 5/7.5=0.667 para el diagrama de Blake. Los factores de servicio no se pueden establecer con base en una sola medición. Se requiere una muestra estadística de la relación entre la condición de la máquina y la vibración medida.
método adicional – Frecuencias y vectores de vibración
Los criterios de evaluación de vibraciones de banda ancha a menudo se utilizan sin referencia a la frecuencia o los componentes de fase.. Esto es, en la mayoría de los casos, adecuado para pruebas de aceptación y monitoreo operativo. Sin embargo, en algunos casos, el uso de información vectorial para evaluar la vibración en ciertos tipos de máquinas puede ser deseable.
La información sobre cambios de vectores es particularmente útil para detectar y definir cambios en el estado dinámico de una máquina.. En algunos casos, estos cambios pasaron desapercibidos al usar mediciones de vibración de banda ancha.
En la siguiente figura se puede ver la evolución de la amplitud y fase de la componente a 1x RPM de una bomba multietapa, alta presión, agua para alimentación de la caldera, entre noviembre de un año y mayo del año siguiente. Se puede ver en la imagen inferior derecha que la amplitud máxima a la velocidad de rotación no fue estacionaria y que decrece desde la primera medición.. También la fase era variable (imagen superior derecha) que conduce a un vector diferente (imagen izquierda) en cada arranque de la máquina. Esta variabilidad fue un síntoma de que el eje principal de inercia estaba cambiando de posición entre cada inicio, siendo un síntoma de masa suelta., es decir, un despertar. En este caso, más tarde se identificó que un impulsor estaba suelto.
En la figura anterior se puede observar que en algunas situaciones la amplitud de vibraciones en desplazamiento pico-pico disminuye, no indicar la gravedad del problema.
método adicional – Técnicas para evaluar las vibraciones de los rodamientos
Existen enfoques alternativos más allá de las mediciones de vibraciones de banda ancha, para evaluar el estado de los rodamientos, como el HFD, la medida de los impulsos de choque o el análisis de la envolvente. Cada una de estas técnicas tiene diferentes criterios de evaluación..
Usando una técnica de medición de banda ancha simple en datos de aceleración de rodamientos sin procesar, a menudo proporciona suficiente información para orientar sobre las condiciones de funcionamiento. Esta sencilla técnica no tiene éxito en todas las circunstancias.. En particular, Pueden surgir errores en la evaluación si hay errores significativos debido a efectos de resonancia en el rodamiento o su carcasa dentro del rango de frecuencia de medición, o si hay vibraciones de otras fuentes que se transmiten a la jaula del rodamiento que se está evaluando, como vibraciones de engranajes.
Como ejemplo a continuación, puede ver un gráfico para evaluar la aceleración rms, me g, entre 500 Hz y 16 KHz del fabricante ADASH.
