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La importancia del análisis de
vibraciones de máquinas rotatorias

Evitar paradas de plantas inesperadas, con las respectivas consecuencias económicas y de producción, e incrementar la vida útil de los equipos, son algunas de las ventajas que ofrece el análisis de vibraciones mecánicas en máquinas rotatorias.

En palabras simples, la vibración es un fenómeno que podemos definir como un movimiento continuo, repetitivo y periódico provocado por fuerzas externas. Ahora bien, todo elemento existente en el mundo está expuesto a fuerzas que tienen como resultado que dicho elemento inicie una transformación de su estado estático a un estado dinámico en movimiento. En este caso, nos referimos a un movimiento vibratorio.

Trasladando este concepto físico a la realidad industrial, las máquinas no escapan a la injerencia de este fenómeno. Una máquina está conformada de múltiples componentes que tienen un comportamiento vibracional particular asociado a diversos factores, pero el principal dentro de cada máquina es la velocidad de operación de la misma. Cada componente genera un comportamiento vibratorio distinto e independiente de los demás elementos, lo que permite que el personal especializado pueda detectar -mediante equipos de instrumentación de tecnología avanzada- las alteraciones del comportamiento típico o normal de estos elementos.

Actualmente, el análisis de vibraciones mecánicas es una de las técnicas modernas de monitoreo de la condición de las máquinas, tanto rotativas como alternativas, que permite determinar un estado o condición real de estas. La aplicación de esta tecnología es una de las piedras angulares de los sistemas de mantenimiento modernos que operan bajo la filosofía de confiabilidad operacional, es decir, permite detectar fallas que podrían impactar la operación y la producción de la empresa mucho antes de que estas ocurran, haciendo un uso coherente, eficiente y eficaz de los recursos (económicos, humanos, etc.).


¿Qué variables vigilar?

Hoy en día, muchos analistas apenas se conforman con evaluar las gráficas espectrales o gráficas FFT (del inglés “Fast Fourier Transform”, Transformada Rápida de Fourier), donde se evalúa Frecuencia y Amplitud como variables asociadas a una serie de comportamientos de las frecuencias típicas de estado normal o de falla que se pudieran determinar como modo de falla de una firma espectral. En tanto, los analistas con más experiencia van más allá de un análisis de espectro, y analizan las ondas de tiempo o gráficas base-tiempo, donde las variables a analizar y determinar son Período, Frecuencia y Amplitud.

Sin embargo, las variables que debemos evaluar son todas las que nos permitan detectar las anomalías presentes en una máquina. Las vibraciones no solo son consecuencias de una falla mecánica, sino también el resultado de la alteración de las condiciones de proceso bajo las que fue diseñada la máquina en una operación eficiente. Esta alteración puede derivar en un mal funcionamiento de la máquina, dando lugar a la generación de comportamientos vibracionales anómalos.

Desde el punto de vista de un analista con experiencia y conocimiento amplios en el área, se debería monitorear variables como la velocidad de operación, frecuencias, períodos, amplitudes, fases y temperatura, así como también verificar las variables de proceso cada vez que se efectúe un análisis y compararlos frente al comportamiento vibracional de la máquina.


Buenas prácticas

Al realizar este tipo de análisis se sugiere:

Conocimiento de diseño y operación de la máquina.

Levantamiento de información técnica de la máquina y características especiales de diseño.

Establecimiento de parámetros de vibración de evaluación a ser efectuadas. Por ejemplo: vibración en desplazamiento, vibración en velocidad, vibración de aceleración, detección de peaks de energía o transformación de Hilbert, análisis de ondas, rango de frecuencias necesarias, entre otros.

Establecer períodos de monitoreo y análisis según matriz de evaluación de riesgo de la máquina o criticidad en caso que este monitoreo sea periódico.

Generar un AMEF (Análisis y Modo de Efecto de Falla) de vibraciones para cada máquina.

Establecer niveles de severidad o monitoreo permisible y de alerta de cada máquina.


Periodicidad

No hay normativa o regla que establezca la periodicidad de inspecciones de vibraciones en un equipo, por lo que se debe aplicar la lógica, la verificación de necesidades y requerimiento. Una técnica que se aplica muy frecuentemente para determinar la frecuencia de inspección es la creación de matrices de criticidad de las máquinas. No obstante, esta depende mucho de las políticas de mantenimiento de la empresa, filosofías aplicadas y necesidades del cliente.

En este sentido, existen factores que deben ser tomados en consideración, tales como:

Criticidad de la máquina dentro del proceso de producción.

Dificultad a la hora de efectuar algún mantenimiento.

Costos asociados a la intervención de la máquina.

Rapidez y facilidad con los cuales pueden obtener los repuestos dentro de los lapsos establecidos en una intervención.

Ubicación de la planta, si se encuentra en sitios de fácil acceso o en localidades remotas.

Personal y analistas disponibles.

Una práctica recomendable sería, una vez detectada una falla incipiente, ir incrementando la frecuencia de inspección, de manera de determinar la tasa de avance de la falla y establecer el momento adecuado de un mantenimiento, para así evitar una parada intempestiva que merme la producción.

En todo caso, siempre el mejor consejo es conocer la máquina, su diseño y operación y evaluar la tendencia en el tiempo, ya que la alteración de los patrones típicos de vibración es un síntoma inequívoco de la presencia de fallas.


Normas y estándares

La norma más conocida internacionalmente en esta materia, y ampliamente aplicada, es la ISO 10816 para evaluación del estado de maquinaria, la cual tiene diversas acepciones dependiendo de la aplicación industrial:

ISO 10816-1: Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on nonrotating Parts - General Guidelines.

ISO 10816-2: Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on nonrotating Parts - Land-based steam turbines and generators in excess of 50MW with normal o operating speeds of 1500 rpm., 1800 rpm., 3000 rmp. y 3600 rmp.

ISO 10816-3: Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on nonrotating Parts - Industrial machines with nominal power above 15 kW and nominal speeds between 120 rpm and 15 rpm when measured in situ.

ISO 10816-4: Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on nonrotating Parts - Gas turbine driven sets excluding aircraft derivatives.

ISO 10816-5: Evaluation Of Machine Vibration by Measurements on nonrotating Parts - Machine sets in hydraulic power generating and pumping plants.

ISO 10816-6: Reciprocating machines with power rating abeve 100 kW.


Artículo gentileza de ET&S. Por José E. Sjöstrand Franco P.E., Applications Engineer & Machinery Diagnostic Solutions de SEC of America, Inc. www.ets-chile.cl
Octubre 2016
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Comentarios acerca de este artículo
José García Hernández Instalador electricista SEC (27/10/2016)
El tema es vitalmente atendible junto con los programas de mantenimiento preventivo que ultimamente no muchos llevan a cabo.
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