Fundamentos de Vibración Mecánica y su Aplicación en Mantenimiento Predictivo

Mantenimiento Predictivo: Vigilancia y Diagnóstico de Maquinaria

El mantenimiento predictivo es una estrategia clave para la gestión de activos, enfocada en la detección temprana y prevención de fallas.

• Vigilancia de la máquina: Detectar la presencia de problemas o anomalías en el funcionamiento.
• Protección de máquinas: Pretende evitar una falla inminente o catastrófica.
• Diagnóstico de fallas: Identificar la naturaleza y causa raíz del problema detectado.
• Diagnóstico de vida útil: Estimar el tiempo de operación restante de la máquina antes de que requiera intervención.

Conceptos Fundamentales de Vibración Mecánica

La vibración mecánica es un fenómeno físico crucial en el estudio del comportamiento de máquinas y estructuras.

Definiciones Clave

• Vibración Mecánica: Movimiento oscilatorio de una máquina o estructura alrededor de su posición de equilibrio.
• MAS (Movimiento Armónico Simple): La forma más simple de vibración, caracterizada por un movimiento periódico y sinusoidal.
• Velocidad Vibratoria: Es la medida de la rapidez con que se mueve un punto mientras está vibrando.
• Aceleración Vibratoria: Es la rapidez de cambio de velocidad con respecto al tiempo.
• Sistema de un Solo Grado de Libertad: Un sistema restringido a vibrar en una sola coordenada.

Análisis de Vibración y sus Causas

El análisis de vibración es una herramienta fundamental en el mantenimiento predictivo. Permite cuantificar el deterioro de una máquina, estudiar la causa de los problemas, cuantificar la severidad de las fallas y predecir posibles fallas futuras.

Causas Comunes de Vibración

Las vibraciones indeseadas en la maquinaria pueden originarse por diversas razones:

• Desbalanceo
• Eje doblado
• Desalineación
• Inestabilidad
• Desgaste
• Roce
• Holgura
• Apriete inadecuado
• Resonancias
• Grietas

Parámetros de Medición en Vibración

• RMS (Root Mean Square - Valor Cuadrático Medio): Representa el contenido energético de la vibración de una máquina. Este valor se utiliza para cuantificar la severidad de la vibración en las máquinas.
• Amplitud: Es la máxima distancia al pico de la onda, indicando la magnitud del desplazamiento vibratorio.
• Frecuencia: Es el recíproco del periodo (f = 1/T). Se mide en Hertz (Hz), que son ciclos por segundo.

Preguntas Frecuentes sobre Movimiento Armónico Simple (MAS)

• ¿Qué es el Periodo en un MAS?

  Es el tiempo que tarda en describirse una oscilación completa.

• ¿Qué provoca el MAS?

  El MAS es provocado por la fuerza elástica. Esta fuerza es proporcional a la elongación y de sentido opuesto.

• ¿Qué debemos conocer para determinar el desfase del movimiento?

  Para determinar el desfase del movimiento debemos conocer la posición y sentido del movimiento en el instante inicial.

• ¿Cómo es la velocidad de un cuerpo en MAS?

  La velocidad con que se mueve un cuerpo en un MAS es máxima en el centro de la trayectoria y nula en sus extremos.

• ¿Qué nos indica el desfase?

  El desfase nos indica la situación del cuerpo en el instante inicial.

• Si cambiamos el periodo del movimiento, ¿qué más cambiará?

  Si cambiamos el periodo del movimiento, también cambiarán la frecuencia y la pulsación.

• ¿Por qué viene determinada la frecuencia del movimiento?

  La frecuencia del movimiento viene determinada por la masa del cuerpo y la constante elástica.

Tipos de Vibración y Técnicas de Procesamiento de Señales

Clasificación de Vibraciones

• Vibración Compuesta: Es la sumatoria de varias señales sinusoidales.
• Vibración Aleatoria: No cumple con los patrones de repetición y está asociada a turbulencia o problemas de vibración.
• Golpeos Intermitentes: Están asociados a golpes continuos, como los producidos por engranajes o aspas en un impulsor.

Técnicas Avanzadas de Procesamiento

• Transformada de Fourier (FFT - Fast Fourier Transform)

  La Transformada Rápida de Fourier consiste en captar una señal desde una máquina, luego calcular todas las series de señales sinusoidales que contiene la señal compleja y, por último, mostrarlas de forma individual en el eje X de las frecuencias.

• Análisis Espectral

  Al medir una máquina, se genera información muy valiosa que es necesario analizar. El éxito de este análisis depende de la correcta interpretación que se le dé a los espectros capturados con respecto a las condiciones de operación en que se encuentra la máquina.

• Modulación

  Es un efecto no lineal en el cual varias señales interactúan entre sí para producir nuevas señales con frecuencias que no estaban presentes en las señales originales. Los efectos de la modulación pueden ser problemáticos en ingeniería de audio, ya que producen distorsión intermodular que resulta molesta para el oyente de música. Existen muchas formas de modulación, incluyendo la modulación de frecuencia y de amplitud, y el tema es muy complejo.

• Modulación de Frecuencia (FM)

  Es la variación en frecuencia de una señal, debido a la influencia de otra señal, generalmente de frecuencia más baja. La frecuencia que se está modulando se llama la portadora.

• Pulso

  Esta forma de onda se ve como modulación de amplitud, pero en realidad son dos señales de onda senoidal que se sumaron para formar pulsos. Dado que las señales son ligeramente diferentes en frecuencia, su fase relativa varía de 0 a 360 grados, lo que significa que la amplitud combinada varía debido al reforzamiento y a la cancelación parcial.