Las empresas buscan que la vida útil de sus máquinas se pueda prolongar el mayor tiempo posible, pero y cómo pueden lograrlo. Sin duda, la mejor respuesta es anticiparse a las fallas e implementar procesos y soluciones ágiles y modernas, como el monitoreo online.
Se conoce que con los avances de la ingeniería y la ciencia de los materiales las máquinas rotativas son cada vez más rápidas y ligeras, exigiendo también que funcionen durante elevados periodos de tiempo. Esto ha hecho que la detección, localización y el análisis de las fallas desempeñen un papel fundamental en la búsqueda de un mejor funcionamiento y que sean altamente confiables.
¿Y cómo poder conseguirlo?, a través del análisis de vibraciones del monitoreo online que permite controlar constantemente el estado de una máquina, y donde se pueden realizar análisis detallados para determinar la condición de funcionamiento de un equipo e identificar cualquier posible o existente falla.
Hemos agrupado aquí los modos de fallas más comunes que pueden existir en tus máquinas y te explicamos a continuación con casos prácticos cómo a través del monitoreo online las hemos logrado identificarlas y darles una solución.
Diagnosticando y Resolviendo Modos de Falla
El sistema de monitoreo online TRACTIAN detecta gran variedad de modos de falla, los cuales se presentan en la siguiente imagen:
- Desbalanceo
- Desalineación
- Holgura mecánica
- Defectos en engranajes
- Fallas en rodamientos
- Desajustes en correas
- Eje doblado o fatiga
- Rotor excéntrico
- Resonancia
- Cavitación
A continuación, veremos las fallas más comunes detectadas por el sensor Smart Trac y cómo se manifiestan por la plataforma TRACTIAN para su análisis.
Desbalance
Las fallas por desbalance representan el: 33%
Con referencia al total de las anomalías diagnosticadas por la plataforma y es tal vez la causa más común de las vibraciones. Esta condición ocurre cuando la línea del centro geométrica de un eje de rotación no coincide con la línea de centro de la masa.
En el espectro, el desbalance se manifiesta en la frecuencia de rotación (1x RPM) y su amplitud es proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación. Frecuentemente, las mayores amplitudes son radiales, o sea, horizontales o verticales.
La siguiente gráfica representa el análisis espectral para un desbalance detectado en el eje de un compresor que opera a una velocidad de rotación de 2380 RPM.
Nótese en el análisis espectral la presencia de altas vibraciones radiales (Horizontal y vertical) en el primer armónico (H1 = 35.69 Hz), teniendo su mayor amplitud en la componente horizontal de 40.467 mm/s.
A través del diagnóstico, análisis y posterior inspección, se logró detectar que el eje estaba desbalanceado por causa del desgaste de uno de sus rodamientos de soporte en el lado del acople con el motor.
Desalineación
Las fallas por desalineación representan el: 25%
La desalineación es el segundo modo de falla frecuentemente detectado por la plataforma TRACTIAN y es un problema tan común como el desbalanceo. En un espectro de vibración se pueden detectar dos tipos de desalineación: angular, paralela o combinada.
La desalineación angular, somete principalmente a los ejes de la máquina conductora y conducida a vibraciones axiales en la frecuencia de 1x RPM. También pueden existir vibraciones axiales en el segundo y tercer armónico ( 2x, 3x RPM), pero la del primer armónico siempre será la más dominante. Por otra parte, la desalineación paralela se manifiesta en el segundo armónico ( 2x RPM) en la dirección radial.
Finalmente, se tiene una desalineación conjugada, siendo esta la más común. En este caso, el espectro muestra picos tanto en el primero o segundo armónico, siendo en el segundo el que presenta la mayor amplitud. Junto con estos, también pueden aparecer armónicos desde tres veces la frecuencia de rotación hasta ocho (3x hasta 8x RPM).
En el siguiente gráfico, se muestra el espectro de vibración para una alerta de desalineación en el eje de un ventilador que opera a una rotación constante de 880 RPM.
El análisis muestra una mayor amplitud de la vibración de 17.356 mm/s en el segundo armónico (H2 = 28.94 Hz), evidenciando una desalineación paralela en el eje radial, específicamente en el eje horizontal, donde posteriormente fue comprobada la desalineación por montaje incorrecto del ventilador en su base.
Este diagnóstico, permitió al equipo de mantenimiento programar una parada planeada que no afectase la producción de la fábrica, y así realizar la correcta alineación del acople entre el motor y el ventilador.
Holgura Mecánica
Las fallas por Holguras mecánicas representan el: 13%
Las holguras mecánicas causan generalmente vibraciones en frecuencias múltiples y en altas frecuencias. Una característica importante es que la vibración aumenta en la dirección radial, en la mayoría de los casos en la dirección vertical de la fijación. En un espectro de vibraciones se pueden detectar dos tipos de holguras: rotacionales o estructurales.
Las rotaciones son causadas por una holgura excesiva entre el rotor y el rodamiento o con un cojinete de deslizamiento, donde el pico de vibración en el espectro aparece con mayor amplitud en el primer o segundo armónico (1x o 2x RPM). Debido al ajuste incorrecto entre los componentes internos que causan fuerzas dinámicas, también se producen múltiples subarmónicos de ½ x o ⅓ x RPM en el espectro debido a la respuesta no lineal de las piezas sueltas.
Por otra parte, se tienen las holguras estructurales asociadas a debilidad en los cimientos que soportan la máquina, grietas en la estructura del bastidor o en el pedestal del rodamiento, pernos de sujeción sueltos en la base, deformación del bastidor o la base (conocida como pie suave), o simplemente por un incorrecto montaje. En el espectro, la holgura estructural se puede observar con un pico de vibración en el primer armónico (en la dirección radial).
A continuación, se exhibe espectro para una holgura mecánica en una bomba hidráulica que tiene una velocidad de rotación de 1780 RPM:
Después de recibir la alerta generada por la plataforma TRACTIAN, se detectó una posible falla en la base de la bomba debido a la aparición de un pico de vibración en el primer armónico (H1 = 30 Hz) en la dirección vertical. Posteriormente, esta anomalía fue comprobada al momento de realizar la inspección en la bomba.
Por causa de la frecuencia de golpes entre el pie de apoyo y la base, fueron inducidas fuerzas dinámicas hacia componentes internos de la bomba, quienes respondieron con picos de vibraciones en múltiples armónicos y subarmónicos como se aprecia en la gráfica anterior.
Falla en engranajes
Las fallas por Engranajes representan el: 7%
Una caja de engranajes es un equipo giratorio que puede provocar armónicos normales de baja frecuencia en el espectro de vibraciones, pero también muestra mucha actividad en la región de alta frecuencia debido a los impactos de los dientes del engranaje y los rodamientos. El espectro de cualquier caja de engranajes muestra picos de vibración en los primeros y segundos armónicos 1x y 2x RPM, junto con la frecuencia de engrane (Gear Mesh Frequency). La GMF se calcula mediante el producto del número de dientes de un piñón o una rueda dentada, y su respectiva velocidad de funcionamiento.
La GMF tendrá bandas laterales de velocidad de funcionamiento en relación con la velocidad del eje al que está unido el engranaje y estas contienen información sobre fallas en los engranajes. Por ejemplo, excentricidad en los engranajes u holgura pueden excitar las frecuencias naturales de los engranajes junto con las frecuencias de engrane GMF y sus bandas laterales.
En la siguiente imagen, se muestra el espectro vibración para una falla de engranaje en un reductor con un tren de engranajes de dos etapas, entre un motor eléctrico y un ventilador. El reductor tiene una velocidad de entrada de 1770 RPM (29.5 Hz) y por ser de dos etapas, es posible ver en el espectro dos frecuencias de engrane, GMF1 = 678 Hz y GMF2 = 498 Hz.
En el espectro fue detectado específicamente una falla por engranaje excéntrico en la frecuencia de engrane GMF2 con una amplitud de de 2.673 mm/s en la dirección radial.
Como el pico de la vibración se ubica en la segunda frecuencia de engrane, fue posible determinar que la excentricidad estaba ocurriendo en la segunda etapa del reductor que está conectada al ventilador.
Ahora que hemos detectado y conocido de forma práctica los existentes o posibles modos de falla y cómo solucionarlos con el monitoreo online, es hora de que conozcas más sobre cómo nuestra solución y como seguro podrá ayudar a tu empresa.
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