¿Cómo funciona el análisis de vibraciones?

Dentro de la estrategia de mantenimiento predictivo existen 5 métodos para el diagnóstico de la condición de funcionamiento de las máquinas, los cuales nos permiten pronosticar su estado en un futuro así como detectar posibles fallas funcionales.

El análisis de vibraciones es uno de estos métodos, y es ampliamente utilizado por los gestores de mantenimiento ya que ofrece mayor precisión y asertividad.

En este artículo te daremos todos los detalles sobre la medición de vibraciones y por qué la interpretación de sus datos representa una gran ventaja para detectar las fallas de los equipos en su fase inicial y, así, evitar realizar un mantenimiento correctivo.

¿Qué es el análisis de vibraciones?

Dentro del contexto de gestión de mantenimiento, es importante definir a la vibración como un fenómeno físico, pues representa la oscilación de una masa en torno de su posición de equilibrio o referencia, siendo esta la respuesta de esa masa ante las fuerzas dinámicas internas o externas que la excitan.

Toda maquinaria rotativa y sus componentes poseen una vibración en su propia frecuencia de trabajo y, regularmente, estas suelen alterarse debido a efectos dinámicos causados por la tolerancia de fabricación, el contacto por rodadura, fricción entre los componentes de la máquina, desalineación en acoplamientos, engranajes desgastados o dañados y al desbalance de fuerzas entre elementos giratorios.

Los analizadores de vibraciones desempeñan un papel irremplazable para la gestión de mantenimiento industrial ya que permiten controlar los niveles de vibración e investigar los patrones de esas señales para descubrir comportamientos anómalos.

Sin embargo, la correcta interpretación de los datos es clave para identificar un problema inminente y de esta manera tomar decisiones pertinentes y efectivas basadas en datos.

Características de una onda de vibración

Las vibraciones se representan en forma de ondas sinusoidales las cuales poseen una frecuencia, periodo y amplitud. Estos factores se usan para cuantificar los niveles de vibración que están sucediendo en los equipos. Así:

Se define la frecuencia (f) como el número de veces que se repite un fenómeno por unidad de tiempo, es decir, el número de ciclos que se repite la onda por segundo. Su unidad en el sistema internacional es Hertz (Hz). Por otra parte, el periodo (T) es el tiempo que tardan dos crestas sucesivas (una longitud de onda) en pasar por un punto determinado. El periodo de la onda se suele expresar en segundos, siendo este el inverso de la frecuencia.

Amplitud de una onda

Físicamente, la amplitud es el valor absoluto del desplazamiento máximo con respecto a cero durante un período de una oscilación. La amplitud de una onda vibratoria puede cuantificarse en varios niveles, nivel pico-pico, nivel pico y nivel RMS (Raíz media cuadrática).

El nivel pico-pico, es particularmente valioso porque indica la amplitud máxima de la onda, siendo útil al momento de, por ejemplo, dimensionar holguras mecánicas. El nivel pico, se refiere al nivel máximo de la onda desde su punto de equilibrio, siendo este el valor de la amplitud. 

Finalmente, el valor RMS es de suma importancia pues está directamente relacionado con el nivel de energía y, por tanto, con la capacidad de destrucción de las vibraciones. También tiene en cuenta el historial temporal de la forma de onda. El valor de la amplitud RMS se calcula simplemente multiplicando la amplitud de pico por 0.707, siendo este un parámetro de medida estandarizado por la norma ISO.

Metodologías en el análisis de vibraciones

En el análisis de las vibraciones son ampliamente utilizadas dos tipos de metodología. Ellas son: el análisis en el dominio del tiempo y el análisis de frecuencia.

Dominio del tiempo

La señal de vibración que se obtiene desde un transductor o sensor se le denomina forma de onda, siendo esta graficada en el dominio del tiempo. En este caso, la amplitud trazada versus el tiempo. Aunque la mayoría de los problemas de vibración de las máquinas se detectan mediante el análisis del espectro, algunos tipos se ven más fácilmente en forma de onda.

Dominio de la frecuencia

Cuando la forma de onda se somete al análisis del espectro, el resultado final es una gráfica con la amplitud de la onda de vibración en el dominio de la frecuencia. La mayor parte del análisis en profundidad de las vibraciones en máquinas se realiza en el dominio de la frecuencia o utilizando el análisis del espectro.

Otras formas de análisis de vibraciones

Además de estas metodologías, existen numerosas formas de análisis, cálculos y algoritmos que se utilizan para determinar diferentes aspectos del análisis de las vibraciones. Entre ellos se encuentran:

Forma de onda de tiempo

Ofrecen una muestra de tiempo corto de la vibración en bruto, revelando pistas sobre el estado de los equipos que no siempre son claras en el espectro de frecuencia. Un método para emplear las señales de vibración en forma de onda temporal como herramienta de análisis de vibraciones es el uso de la transformada rápida de Fourier FFT.

Transformada rápida de Fourier (FFT)

La FFT es un algoritmo utilizado para calcular un espectro a partir de una forma de onda temporal. En otras palabras, es un cálculo destinado a descomponer una señal de vibración de una máquina en todas sus frecuencias de rotación o de movimiento para cada uno de sus componentes. La FFT convierte una señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.

Todas estas técnicas de análisis de vibraciones ayudan a identificar tres parámetros principales: aceleración, velocidad (RMS) y desplazamiento. Cada uno de estos parámetros enfatiza ciertos rangos de frecuencia y pueden ser analizados juntos para diagnosticar problemas.

Parámetros de medición del análisis de las vibraciones

• Aceleración:  La aceleración da mayor importancia a altas frecuencias. Sin embargo, una señal de aceleración no es exclusiva. La señal de aceleración puede convertirse en velocidad o desplazamiento.
• Desplazamiento: En este caso, el análisis se fija en las bajas frecuencias. Las mediciones de desplazamiento se utilizan generalmente sólo cuando se examina el panorama general de las vibraciones mecánicas. Se puede utilizar el desplazamiento para descubrir el desbalanceo en una pieza giratoria debido a una cantidad significativa de desplazamiento en las frecuencias de rotación del eje de la máquina.
• Velocidad: La velocidad está relacionada con la fuerza destructiva de la vibración, por lo que es el parámetro más importante, sin importar si son frecuencias altas o bajas. Normalmente, el valor RMS de la velocidad muestra la mejor señal de la gravedad de la vibración. 

¿Cómo TRACTIAN facilita el estudio de estos datos a los los analistas de vibraciones?

Los avances en tecnología han mejorado enormemente la forma en que los analistas de vibraciones recogen e interpretan los datos. Hoy en día, los colectores de vibración son portátiles, se comunican con smartphones y tabletas en tiempo real y pueden generar FFT con una resolución extremadamente alta. 

Y es así como la plataforma TRACTIAN a través del sensor Smart Trac permite a sus usuarios recolectar datos de vibración de tus máquinas rotativas en tiempo real. Al medir las vibraciones y sus niveles, la plataforma genera alertas automáticas para diferentes modos de falla como: desalineación, desbalance, holguras mecánicas, desgaste en engranajes y rodamientos, entre otras fallas.

Adicionalmente, permite analizar los espectros de velocidad y aceleración de esas vibraciones sin importar en el lugar en el que te encuentres y justo al instante en el que se generó el diagnóstico.

Como ves, gracias al uso simple y eficiente de la plataforma TRACTIAN podrás identificar de forma fácil, rápida y eficiente qué componentes en el sistema necesitan ser inspeccionados con urgencia.

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