Introducción a la vibración de maquinaria

En términos más simples, la vibración en equipos motorizados es simplemente el movimiento u oscilación hacia adelante y hacia atrás de máquinas y componentes, tales como motores impulsores, dispositivos impulsados ​​(bombas, compresores, etc.) y los cojinetes, ejes, engranajes, correas y otros elementos que componen los sistemas mecánicos.

Las vibraciones en los equipos industriales pueden ser tanto una señal como una fuente de problemas. Otras veces, la vibración simplemente "va con el territorio" como parte normal del funcionamiento de la máquina y no debe causar una preocupación indebida. Pero, ¿cómo puede el profesional de mantenimiento de la planta distinguir entre la vibración normal y aceptable y el tipo de vibración que requiere atención inmediata para reparar o reemplazar el equipo averiado?

Con un conocimiento básico de la vibración y sus causas, y equipado con un dispositivo de prueba de vibraciones, el profesional de mantenimiento puede determinar de manera rápida y confiable la causa y la gravedad de la mayoría de las vibraciones de la máquina y recibir recomendaciones para su reparación. Todo se hace con la inteligencia incorporada en el comprobador, sin la supervisión y el registro exhaustivos necesarios para los programas típicos de supervisión de vibraciones a largo plazo.

La vibración no siempre es un problema. En algunas tareas, la vibración es fundamental. Máquinas como las lijadoras oscilantes y los tambores vibratorios utilizan la vibración para quitar materiales y dar acabado a las superficies. Los alimentadores vibratorios utilizan vibración para mover materiales. En la construcción, los vibradores se utilizan para ayudar a que el hormigón se asiente en formas y compacte los materiales de relleno. Los rodillos vibratorios ayudan a comprimir el asfalto que se usa en la pavimentación de carreteras.

En otros casos, la vibración es inherente al diseño de la máquina. Por ejemplo, algo de vibración es casi inevitable en el funcionamiento de bombas y compresores alternativos, motores de combustión interna y transmisiones por engranajes. En una máquina bien diseñada y bien mantenida, tal vibración no debería ser motivo de preocupación.

Cuando la vibración es un problema
La mayoría de los dispositivos industriales están diseñados para funcionar sin problemas y evitar la vibración, no producirla. En estas máquinas, la vibración puede indicar problemas o deterioro en el equipo. Si las causas subyacentes no se corrigen, la vibración no deseada en sí misma puede causar daños adicionales.

En este artículo, no nos centramos en las máquinas que "se supone" que vibran como parte del funcionamiento normal, sino en aquellas que no deberían vibrar:motores eléctricos, bombas rotativas y compresores, ventiladores y sopladores. En estos dispositivos, una operación más suave es generalmente mejor, y una máquina que funcione sin vibraciones es lo ideal.

Causas más comunes de vibración de máquinas
La vibración puede resultar de una serie de condiciones, actuando solas o en combinación. Tenga en cuenta que los problemas de vibración pueden ser causados ​​por equipos auxiliares, no solo por equipos primarios. Estas son algunas de las principales causas de vibración.

Desequilibrio - Un "punto pesado" en un componente giratorio causará vibración cuando el peso desequilibrado gira alrededor del eje de la máquina, creando una fuerza centrífuga. El desequilibrio puede deberse a defectos de fabricación (errores de mecanizado, fallas de fundición) o problemas de mantenimiento (aspas del ventilador deformadas o sucias, pesos de equilibrio faltantes). A medida que aumenta la velocidad de la máquina, los efectos del desequilibrio aumentan. El desequilibrio puede reducir gravemente la vida útil de los rodamientos y provocar vibraciones indebidas en la máquina.

Desalineación / descentramiento del eje - Pueden producirse vibraciones cuando los ejes de la máquina están fuera de línea. La desalineación angular ocurre cuando los ejes de (por ejemplo) un motor y una bomba no son paralelos. Cuando los ejes están paralelos pero no alineados exactamente, la condición se conoce como desalineación paralela. La desalineación puede ser causada durante el ensamblaje o desarrollarse con el tiempo, debido a la expansión térmica, el desplazamiento de los componentes o el reensamblaje incorrecto después del mantenimiento. La vibración resultante puede ser radial o axial (en línea con el eje de la máquina) o ambas.

Usar - A medida que se desgastan componentes como cojinetes de bolas o de rodillos, correas de transmisión o engranajes, pueden producirse vibraciones. Cuando la pista de un rodamiento de rodillos se pica, por ejemplo, los rodillos del rodamiento causarán una vibración cada vez que se desplacen sobre el área dañada. Un diente de engranaje que está muy astillado o desgastado, o una correa de transmisión que se está rompiendo, también pueden producir vibraciones.

Holgura - Las vibraciones que de otro modo podrían pasar desapercibidas pueden volverse obvias y destructivas si el componente que está vibrando tiene cojinetes sueltos o está flojo en sus soportes. Tal holgura puede o no ser causada por la vibración subyacente. Cualquiera sea su causa, la holgura puede permitir que cualquier vibración presente cause daños, como un mayor desgaste de los cojinetes, desgaste y fatiga en los montajes del equipo y otros componentes.

Efectos de la vibración
Los efectos de la vibración pueden ser graves. La vibración no controlada de la máquina puede acelerar las tasas de desgaste (es decir, reducir la vida útil de los rodamientos) y dañar el equipo. La maquinaria vibratoria puede generar ruido, causar problemas de seguridad y degradar las condiciones de trabajo de la planta. La vibración puede hacer que la maquinaria consuma una potencia excesiva y puede dañar la calidad del producto. En el peor de los casos, la vibración puede dañar el equipo de manera tan severa como para dejarlo fuera de servicio y detener la producción de la planta.

Sin embargo, hay un aspecto positivo en la vibración de la máquina. Medida y analizada correctamente, la vibración se puede utilizar en un programa de mantenimiento preventivo como un indicador del estado de la máquina y ayudar a guiar al profesional de mantenimiento de la planta a tomar medidas correctivas antes de que ocurra un desastre.

Características de la vibración
Para comprender cómo se manifiesta la vibración, considere una máquina giratoria simple como un motor eléctrico. El motor y el eje giran alrededor del eje del eje, que está soportado por un cojinete en cada extremo.

Una consideración clave al analizar la vibración es la dirección de la fuerza vibratoria. En nuestro motor eléctrico, la vibración puede ocurrir como una fuerza aplicada en una dirección radial (hacia afuera del eje) o en una dirección axial (paralela al eje).

Un desequilibrio en el motor, por ejemplo, probablemente causaría una vibración radial cuando el "punto pesado" en el motor gira, creando una fuerza centrífuga que tira del motor hacia afuera mientras el eje gira 360 grados. Una desalineación del eje podría causar vibración en una dirección axial (hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje del eje), debido a la desalineación en un dispositivo de acoplamiento del eje.

Otro factor clave en la vibración es la amplitud, o cuánta fuerza o severidad tiene la vibración. Cuanto más desequilibrado esté nuestro motor, mayor será su amplitud de vibración. Otros factores, como la velocidad de rotación, también pueden afectar la amplitud de la vibración. A medida que aumenta la velocidad de rotación, la fuerza de desequilibrio aumenta significativamente.

La frecuencia se refiere a la tasa de oscilación de la vibración, o qué tan rápido la máquina tiende a moverse hacia adelante y hacia atrás bajo la fuerza de la condición o condiciones que causan la vibración.

La frecuencia se expresa comúnmente en ciclos por minuto o hercios (CPM o Hz). Un Hz equivale a un ciclo por segundo o 60 ciclos por minuto. Aunque llamamos a nuestro motor de ejemplo "simple", incluso esta máquina puede exhibir una firma de vibración compleja. Mientras opera, podría estar vibrando en múltiples direcciones (radial y axialmente), con varios índices de amplitud y frecuencia. La vibración de desequilibrio, la vibración axial, la vibración de los rodamientos de rodillos en deterioro y más, todo podría combinarse para crear un espectro de vibración complejo.

Conclusión
La vibración es una característica de prácticamente todas las máquinas industriales. Cuando la vibración aumenta más allá de los niveles normales, puede indicar solo un desgaste normal, o puede indicar la necesidad de una evaluación adicional de las causas subyacentes o de una acción de mantenimiento inmediata.

Comprender por qué se produce la vibración y cómo se manifiesta es un primer paso clave para evitar que la vibración cause problemas en el entorno de producción.

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