MEDICION Y ANALISIS DE VIBRACION
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Medición y Análisis de Vibraciones Prof. Sergio E. Diaz Laboratorio de Dinámica de Máquinas Universidad Simon Bolivar http://www.ldm.laba.usb.ve (0212) 906 4136
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Contenido •
Introducción Justificación y Aplicabilidad
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Tema 1 Fundamentos de Vibración
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Tema 2 Medición de Vibraciones Mecánicas
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Tema 3 Procesamiento y Análisis de Señales Dinámicas
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Tema 4 Herramientas para la Identificación de fallas mediante análisis de Vibraciones
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Introducción ¿Por qué es útil la medición y Análisis de Vibración?
• Cuantificar el deterioro o la condición de equipos dinámicos. • Estudiar las diferentes causas de problemas. • Cuantificar la severidad de la falla. • A través del establecimiento de tendencias, predecir posibles fallas.
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¿VIBRACIÓN?
¿Por qué vibran las máquinas ? ¿ Cómo se mide la vibración en una máquina ? ¿ Cómo se puede analizar la vibración en una máquina ? ¿ Cómo se pueden identificar las fallas a partir del análisis de la vibración ?
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Causas típicas de la excesiva Vibración en las Máquinas Rotativas •Desbalanceo •Eje doblado •Desalineación •Inestabilidad hidrodinámica (en cojinetes, sellos o rodetes) •Desgaste o daños en elementos tribológicos (rodamientos, engranajes, cojinetes, acoplamientos) •Roce entre partes en rotación y estacionarias •Holgura mecánica excesiva •Apriete inadecuado •Resonancias estructurales •Grietas en los rotores
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Tema 1: Fundamentos de Vibración
Vibración
Es una oscilación mecánica alrededor de una posición de referencia. Esta oscilación puede ser periódica (repetitiva) o no.
En una máquina rotativa la vibración puede ser generada por fuerzas dinámicas que aparecen como producto de su funcionamiento. El movimiento armónico es la forma de vibración periódica más simple.
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AMPLITUD
Movimiento Armónico Simple
TIEMPO
Péndulo Simple
¿Es la vibración en una máquina rotativa de esta forma?
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A=AMPLITUD
Generalmente la vibración en una máquina es más compleja!!
TIEMPO
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Parámetros Descriptores de un movimiento armónico simple T =1/f
A0-pico
( 1 ciclo)
RMS
Promedio
T: Período = [segundos] = [s.]
Apico-pico
f: Frecuencia = [ciclos/segundos] = [Hz.]
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Para un movimiento armónico simple se tiene: A pico-pico = 2 x A0-pico A 0-pico = 1.414 x RMS RMS = 0.707 x A0-pico
¿Cúal es el parámetro descriptor de amplitud de vibración más usado para máquinas?
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RMS
El valor RMS representa un estimado del contenido energético en la vibración de una máquina o estructura. Este valor es ampliamente utilizado para cuantificar la severidad de la vibración en máquinas El valor RMS debe ser medido con un instrumento capaz de detectar el valor real RMS (true rms detector)
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Valores RMS y Pico. Ejemplos
Iguales valores pico, diferentes valores RMS
Iguales valores RMS, diferentes valores pico
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Descripción del fenómeno de vibración en una máquina SISTEMA FISICO
SISTEMA “EQUIVALENTE”
Máquina Rotativa Rotor Estator Fluido de trabajo Sellos Carcaza
MASA/ INERCIA Propiedades del sistema
RIGIDEZ
Estructura soporte Cojinetes Pedestales
AMORTIGUACIÓN FUERZAS DE EXCITACIÓN
Fundación Placa soporte
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¿Cómo (Por qué) vibra un sistema ?
MASA/ INERCIA
VIBRACIÓN!!!
Variación de energía
Acumuladores de energía cinética
FUERZAS DE EXCITACIÓN
+
RIGIDEZ
=
Acumuladores de energía potencial Periódicas , no Periódicas, Impulsivas, Transitorias, etc.…
AMORTIGUACIÓN
Disipadores de energía
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Sistema Masa-Resorte-Amortiguador Equivalente M:masa equivalente
F(t)
K: Coeficiente de Rigidez
M C
x(t) K
C: Coeficiente de amortiguación F(t): Fuerza de excitación x(t): desplazamiento de la masa t: tiempo
M
d d x(t ) + C x(t ) + Kx (t ) = F (t ) dt dt 2
Ecuación fundamental de la teoría lineal de vibraciones mecánicas.
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De las propiedades del sistema se definen dos parámetros importantes:
¿unidades?
Frecuencia Natural
K M
ωn =
Relación RIGIDEZ/MASA
ωn =
Factor de Amortiguación
ζ =
C 2 KM
ciclos = [Hz ] s
¿unidades? ζ = [ADIMENSION AL]
Disipación de energía
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La vibración o respuesta de un sistema puede ser expresada como: RESPUESTA DEL SISTEMA = Respuesta Homogénea + Respuesta Particular
Respuesta Homogénea
Vibración Libre
M
x(t)
C
K
Depende de las propiedades del sistema!!! Depende de la excitación!!!
ω
M
Vibración Forzada
Respuesta Particular
x(t)
C
K
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Respuesta Homogénea para sistema no amortiguado (ζ = 0)
T = 1/f = 2π/ωn 4
X(t)
M
3
x(t)
2
K 1
0 0
20
40
60
80
10 0
12 0
14 0
16 0
-1
t
18 0
-2
-3
-4
El sistema oscila (vibra) con una frecuencia igual a ωn En la realidad NO EXISTEN SISTEMAS SIN DISIPACIÓN !!!
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Respuesta Homogénea para sistemas amortiguados (ζ ≠ 0) 0
