10 Principios de Análisis de Vibraciones que Debes Conocer
En los últimos 20 años la industria ha mejorado los procesos de mantenimiento predictivo y las herramientas utilizadas para realizarlo. En particular, la tecnología del análisis de vibraciones a evolucionado a niveles inimaginables.
¿Qué es el análisis de vibraciones? Y más importante aún, ¿qué necesitas para iniciar el aprendizaje de este? Te invito a que leas este artículo para explorarlo juntos.
El Análisis de Vibración es una técnica utilizada para identificar y predecir anomalías mecánicas en maquinaria industrial, midiendo la vibración e identificando las frecuencias involucradas. Estas vibraciones son registradas por uno o varios acelerómetros y los datos son procesados por un analizador de espectro. La aplicación de esta técnica en el mantenimiento predictivo mejora en gran medida la eficiencia y la fiabilidad en la maquinaria industrial.
Casi todas las fallas que puede tener una máquina se pueden identificar o al menos sospechar con el análisis de vibraciones. Sólo en ocasiones se requerirán de métodos complementarios para confirmar un diagnóstico. Entre las fallas más comunes están:
- Desbalanceo
- Fallas en rodamientos
- Holgura mecánica
- Desalineamiento
- Resonancia y Frecuencias naturales
- Fallas eléctricas en motores
- Torsión de eje
- Fallas en cajas de engranes
- Cavitación en bombas
- Velocidades críticas
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Un equipo de análisis de vibraciones es un instrumento utilizado para medir, almacenar y diagnosticar la vibración producida por una máquina. Los equipos de Análisis de Vibraciones utilizan herramientas basadas en el FFT para medir frecuencias e identificar las fallas que las originan.
Algunos ejemplos de analizadores de de vibraciones:
Equipo de Análisis de Vibraciones - DigivibeMX M30®
DigivibeMX M30 es un equipo avanzado de análisis de vibraciones portátil diseñado para analizar las vibraciones de la maquinaria de manera individual. DigivibeMX M30 es capaz de medir espectros de 3,276,800 Líneas de resolución y realizar Balanceos en1 y 2 planos.
- Rango de Frecuencias: 0.32 Hz – 14 kHz
- Líneas de Resolución: 3,276,800
- Canales simultáneos: 4
El Wiser 3X es un acelerómetro triaxial inalámbrico que incluye las aplicaciones para dispositivos Móviles Wiser-Vibe y Wiser-Balance.
- Rango de Frecuencias: 0.32 Hz – 14 kHz
- Líneas de Resolución: 1,638,400
- Canales Simultáneos: 4
- Capacidad para balancear: Sí
- Compatibilidad con Dispositivos Móviles: Sí
- Ruido: Ultra Bajo
El equipo de análisis de vibraciones permanente Phantom EPH-V22 es un sistema con sensores inalámbricos diseñados para montaje fijo.
- Rango de Frecuencia: 1 Hz – 10 kHz
- Rango de Amplitud: 32g
- Líneas de Resolución: 6,400
- Canales Simultáneos: 3
Se han hecho grandes esfuerzos para encontrar funciones que solucionen las pocas limitaciones del análisis de vibraciones. Sin embargo, existen todavía algunas que aún no se pueden eliminar.
Frecuencia máxima: Los sensores comunes tienen una frecuencia máxima de 10 a 15 kHz. Por lo tanto, si no se invierte en sensores especiales, las frecuencias superiores serán invisibles para el equipo.
Ultra bajas frecuencias: Las frecuencias muy bajas son posibles de medir, pero muy frecuentemente son pasadas por alto debido a que se requieren largas muestras que no se toman de manera convencional.
Estado del lubricante: Esta es una de las mayores limitantes del análisis de vibraciones. El estado del lubricante no se puede evaluar mediante esta técnica, únicamente se puede ver la falta de éste.
Principios básicos
El análisis de vibraciones no requiere que desarme o detenga la máquina y por lo tanto, es un método no invasivo. De hecho, un sensor que transforma el movimiento en una señal eléctrica es el principio de un analizador de vibraciones. En segundo lugar, el analizador calcula todos los parámetros predefinidos y luego almacena esta señal.
Sensores
El sensor más común en la práctica del análisis de vibraciones es el acelerómetro, aunque existen también velocímetros y sensores de desplazamiento.
Los acelerómetros proporcionan una señal de voltaje proporcional a la aceleración de la vibración. Posteriormente, esta señal puede ser integrada para obtener la velocidad y el desplazamiento haciendo del acelerómetro el sensor más versátil.
Si quieres conocer los mejores sensores de vibración, visita esta página web: Sensores de vibración
Vibración
La maquinaria rotativa produce vibración durante su operación. La vibración se produce por la fricción y fuerzas centrífugas tanto de las piezas rotativas como de los rodamientos. Esta vibración puede ser medida e incluso, en la mayoría de los casos, escuchada.
La vibración se define como un movimiento repetitivo entorno a un punto de equilibrio. Además la vibración está caracterizada por sus variaciones en amplitud y frecuencia. Tanto la Amplitud como la Frecuencia son utilizadas para un sin número de cálculos indispensables para el diagnóstico.
Amplitud
La amplitud es la extensión máxima de la oscilación y se mide desde el punto más bajo hasta el punto más alto de la forma de onda. La amplitud está relacionada con la extensión del movimiento.
Por otro lado, el valor RMS (Raíz Cuadrática Media) refleja la cantidad de energía contenida en esta vibración. El valor RMS es el parámetro más utilizado para medir la intensidad de la vibración.
Frecuencia
La frecuencia es el número de ciclos por segundo Hz (o por minuto CPM) de la vibración. Imaginemos un piano, cada nota corresponde a una frecuencia. Cuando presionas varias teclas se escucha un sonido compuesto. La frecuencia y amplitud de cada nota se suman para crear una señal compleja. Por lo tanto es importante tomar en cuenta que la vibración puede tener múltiples frecuencias y amplitudes que la componen y que obedecen a distintas causas.
Piensa que una máquina posee tantas partes mecánicas como teclas tiene un piano. Cada parte mecánica tendrá su propia huella vibratoria.
La FFT (Transformada Rápida de Fourier) es un cálculo que descompone una señal del dominio del tiempo en todas sus frecuencias. En un gráfico FFT es fácil identificar las frecuencias y amplitudes que conforman una señal.
La FFT es la herramienta fundamental del análisis de vibraciones.
Párametros de medición
Existen 3 parámetros básicos que se le miden a la vibración y la diferencia es la importancia que cada uno le da a las frecuencias.
La Aceleración le da mayor importancia a las altas frecuencias. Es útil para ver el estado de los rodamientos y engranajes.
La Velocidad le da igual importancia a altas y a bajas frecuencias. Es la base para medir la energía destructiva de la vibración y por lo tanto la unidad más importante.
El Desplazamiento le da mayor importancia a las bajas frecuencias. Es útil para evaluar el desbalanceo dinámico, órbitas y ODS (simulación de las deformaciones en 3D).
Observa los espectros a continuación. Pertenecen a la misma señal por lo tanto verás picos a las mismas frecuencias, pero con diferentes amplitudes en cada una. Observa como cambia la importancia que cada parámetro le asigna a las frecuencias.
Aceleración
Velocidad
Desplazamiento
El análisis de vibraciones en el mantenimiento correctivo tiene como objetivo diagnosticar y corregir un problema de vibración existente.
Por el contrario, en el mantenimiento predictivo el objetivo es predecir las fallas mediante la tendencia generada a través de las mediciones tomadas a lo largo del tiempo.
¿Se puede predecir una falla? - Mantenimiento Predictivo
¡Sí! o al menos en la mayoría de los casos. Hagamos una analogía.
¿Has llevado tu auto alguna vez al mecánico porque notaste un nuevo ruido, o bien porque un ruido que ya estaba se hizo más fuerte?
Inconscientemente al llevarlo al mecánico estás haciendo un análisis predictivo. Sabes que si no llevas el auto al mecánico, el auto eventualmente te dejará varado. Y esa es tu predicción. En el mantenimiento predictivo el principio es el mismo, pero a diferencia del auto, no siempre estamos cerca de las máquinas para poder escuchar los ruidos, además de que gran parte de éstos son inaudibles. Para ello existen los analizadores, que con precisión te dirán qué amplitud tienen esos “ruidos” y cómo se comportan a lo largo del tiempo.
Mantenimiento Proactivo
El mantenimiento proactivo es una nueva tendencia que pretende, no sólo predecir que la máquina va a fallar, sino también especificar con exactitud la causa por la que va a fallar.
Existen diversas formas de abordar el mantenimiento proactivo. La mayoría se basan en rastrear las frecuencias en particular del espectro responsables de que la vibración total esté aumentando. El problema es que un espectro normal puede estar conformado por 400 hasta 200,000 puntos y rastrear la tendencia de cada uno de esos puntos puede llegar a ser muy complicado y difícil de visualizar.
Las Bandas de Octavas son espectros FFT simplificados con un número estándar de líneas, usualmente entre 8 y 32. Sirven para poder rastrear el comportamiento a través del tiempo de cada sección de los espectros grabados. De esta manera se puede saber que componente de la máquina se está deteriorando con mucho mayor precisión.
Analizadores de vibraciones
Nuevas generaciones de analizadores de vibraciones han emergido para traer funcionalidades impresionantes que a la vez son fáciles de usar como las simulaciones 3D:
Adicionalmente, estos analizadores integran millones de líneas de resolución y rutas de medición automatizadas haciendo más fácil nuestras vidas. Si estás interesado en leer como escoger el mejor analizador de vibración checa este post.
Acelerómetros Inalámbricos
La nueva era de la tecnología ha permitido que acelerómetros inalámbricos comuniquen con casi cualquier dispositivo como el teléfono móvil. A pesar del enorme ancho de banda que se requiere, el acelerómetro triaxial inalámbrico es capaz de enviar en tiempo real la vibración de 3 ejes simultáneamente. Estos sensores son incluso capaces de agregar un cuarto canal accesorio para referencia o balanceo.
IoT Internet de las cosas - para el análisis de vibraciones
Dispositivos del tamaño de una pelota de golf ahora son capaces de enviar la vibración de forma inalámbrica a través de internet durante 3 a 6 años sin necesidad de cambiar la batería. De hecho, sólo es necesario fijar la base y configurar la máquina tal como se hace en cualquier analizador de vibraciones. La diferencia es que en este caso se puede hacer a través de la nube o de tu propio Smartphone. Adicionalmente, esta tecnología ahora incluye también sensores de temperatura, amperaje, RPMs entre otros, que permiten integrar estas mediciones con el análisis.
La nueva tecnología web y los avances en telecomunicaciones permiten ahora enviar los datos registrados en un Smartphone o en los dispositivos IOT a través de la nube para poderlos automatizar y compartir con los expertos analistas a distancia.
De la misma manera, los datos de la nube nos permiten compartir la información con el cliente final para su toma de decisiones.
El mantenimiento basado en la nube es ahora una tendencia al igual que en muchas otras áreas de nuestras vidas.
Un buen ejemplo de sistema de Análisis de Vibraciones basado en la nube lo puedes ver en EIAnalytic.com.
Aprender ahora del análisis de vibraciones basado en la nube nos permitirá mantenernos a la vanguardia de las tecnologías que se aproximan.
Nuevos algoritmos de auto-aprendizaje de fallas en la maquinaria están ahora revolucionando el proceso del análisis de vibración. Estos programas tienen como objetivo aprender de las máquinas a las que están conectados. Posteriormente son capaces de predecir fallas basándose en la experiencia que adquieren sobre ésta.
Estos sistemas reducen la carga de trabajo para los analistas permitiéndoles enfocarse en casos que lo ameriten.
¿Cómo impactarán estas nuevas tecnologías en nuestras vidas?
Sin duda estas nuevas tecnologías cambiarán mucho la forma en la que vemos el análisis de vibraciones actualmente. No sólo nos harán la vida más sencilla en términos de trabajo rutinario, sino que además nos permitirán crecer más en el conocimiento de las vibraciones y sus relaciones con otros parámetros.
Entre más pronto adoptemos estas tecnologías más tiempo tendremos para estudiarlas y aprender de su potencial y de actualizarnos en este medio que cambia con tanta velocidad.
El estudio de vibraciones es una disciplina que se empezó a estudiar hace casi 100 años y sólo se transformó propiamente en análisis de vibraciones hasta hace poco más de 4 décadas. A partir de ahí el análisis de las vibraciones ha evolucionado a la par de la tecnología digital. Es también una tecnología que se encuentra en continuo desarrollo y que continuamente presenta nuevos retos, tanto para los que la desarrollan como para los usuarios.
Thierry Erbessd, destacado empresario mexicano y egresado del Instituto Politécnico Nacional, ha revolucionado el campo del Análisis de Vibraciones, Balanceo Dinámico y el Monitoreo de Condición. A través de sus innovadores softwares DigivibeMX®, Dragon Vision®, y Wiser Vibe®, ha establecido un antes y un después en la industria. Como presidente de Erbessd Instruments®, no solo ha dirigido la empresa hacia la cima de la industria global de mantenimiento industrial sino que también ha expandido su influencia con oficinas estratégicamente en América, Europa y Asia, consolidándose como referencia indiscutible en soluciones para mantenimiento industrial a nivel mundial.
ERBESSD INSTRUMENTS® fabricante líder de Equipos de Análisis de Vibraciones, Máquinas de Balanceo Dinámico y Monitoreo de Condición con oficinas en México, EE.UU., Inglaterra e India.
