Módulo 3: Diagnóstico de Problemas Comunes

Problemas comunes y sus características:

1. Desequilibrio:

   • Descripción: Es una de las causas más comunes de vibración en máquinas.

   • Características:

     • Pico prominente en el espectro de frecuencia a la frecuencia de rotación del eje (1X RPM).

     • La amplitud de la vibración a esta frecuencia es proporcional al grado de desequilibrio.

     • La vibración es mayor en dirección radial (horizontal y vertical) en máquinas con ejes horizontales.

   • Causas: Errores de fabricación, distribución desigual de masa, erosión, corrosión o falta de pesos de balanceo.

   • Diagnóstico: Diferenciar del desequilibrio utilizando la prueba de fase.

1. Desalineación:

   • Descripción: Ocurre cuando los ejes de dos máquinas acopladas no están perfectamente alineados.

   • Tipos: Puede ser paralela, angular o una combinación de ambas.

   • Características:

     • Picos en el espectro a 1X, 2X y 3X RPM.

     • Vibración alta en sentido axial y radial.

     • La desalineación paralela produce vibración radial a 2X RPM.

   • Diagnóstico: Medición de fase para determinar el movimiento relativo entre las partes de la máquina.

1. Soltura Mecánica:

   • Descripción: Falta de apriete en elementos de unión.

   • Causas: Debilitamiento estructural de las patas de amarre, placa base o cimentación deteriorada.

   • Características:

     • Frecuencia predominante a 1X RPM.

     • Mayor amplitud en dirección vertical.

   • Clasificación: Se divide en tres categorías (A, B y C), cada una con un espectro y comportamiento de fase característico.

1. Problemas de Rodamientos:

   • Descripción: Los rodamientos defectuosos generan vibraciones a frecuencias no síncronas con la velocidad de rotación.

   • Características:

     • Cada componente del rodamiento (rodillos, carreras interna y externa, jaula) produce vibraciones a frecuencias características.

     • Las frecuencias de defectos pueden sumarse o restarse en los espectros.

     • Inicialmente, las vibraciones son de alta frecuencia, pero disminuyen a medida que el defecto avanza.

   • Diagnóstico: Uso de métodos como medición de impulsos de choque y análisis de vibraciones de alta frecuencia.

1. Problemas en Engranajes:

   • Descripción: Los problemas en engranajes generan vibraciones a la frecuencia de engranaje (número de dientes × RPM).

   • Características:

     • Armónicos de la frecuencia de engranaje.

     • Modulaciones en amplitud debido a excentricidad o errores de cilindricidad.

     • Daño localizado en un diente produce componentes de frecuencia elevada moduladas por las RPM.

Causas: Desgaste, inexactitud de los dientes, falta de lubricación o elementos extraños entre los dientes. 

1. Excentricidad:

   • Descripción: Puede ser estática o dinámica.

   • Causas: Deformaciones en el entrehierro, ovalidad del alojamiento estatórico, mal posicionamiento del rotor o malformaciones.

1. Problemas Eléctricos:

   • Descripción: En motores eléctricos, problemas como excentricidad del estator o rotor, o barras del rotor agrietadas, generan vibraciones.

   • Características: Difíciles de distinguir gráficamente, ya que pueden parecerse al desequilibrio.

2. Pata Coja:

   • Descripción: Problema relacionado con los pedestales de las máquinas, causado por alabeo o deformación de la estructura.

   • Diagnóstico: Se identifica al aflojar los pernos de anclaje, observando cambios en la vibración.

3. Resonancia:

   • Descripción: Ocurre cuando la frecuencia de excitación coincide con la frecuencia natural del sistema.

   • Causas: Resonancia de elementos no rotatorios en máquinas bien diseñadas.

4. Cavitación:

Descripción: Genera vibraciones en bombas debido a la formación y colapso de burbujas de vapor. 

Análisis de patrones de vibración en mantenimiento predictivo:

El análisis de patrones de vibración es una técnica clave en el mantenimiento predictivo, utilizada para diagnosticar el estado de la maquinaria rotativa. Este análisis implica interpretar señales de vibración para identificar anomalías y determinar sus causas subyacentes. A continuación, se describen los aspectos más importantes de esta técnica:

1. Espectro de frecuencia:

   • Es una representación gráfica de las componentes frecuenciales de una señal (armónicos).

   • Eje horizontal: Frecuencia.

   • Eje vertical: Amplitud, velocidad o aceleración de la vibración.

Permite identificar frecuencias características de cada componente de la máquina y determinar las causas de las vibraciones 

1. Frecuencias características:

   • Cada componente de una máquina vibra a frecuencias específicas, que dependen de la velocidad de rotación del rotor.

   • Ejemplo: Un desequilibrio se manifiesta principalmente a la frecuencia de rotación (1X RPM).

1. Amplitud y severidad:

   • La amplitud de la vibración indica la gravedad del problema. Un aumento en la amplitud suele señalar un problema en la máquina.

   • La severidad se determina comparando las mediciones con normas y valores de referencia.

1. Análisis de órdenes:

   • Es un tipo especial de análisis de frecuencia que estudia las vibraciones en función de la velocidad de rotación de la máquina.

   • Las frecuencias se expresan en múltiplos de la velocidad de rotación (órdenes). Por ejemplo, la primera orden (1X) corresponde a la velocidad de rotación del eje.

Es útil para detectar problemas relacionados con la rotación, como desequilibrio y desalineación 

1. Transductores:

   • Convierten las vibraciones mecánicas en señales eléctricas para su medición y análisis.

   • Los más utilizados son los de aceleración, velocidad y desplazamiento.

   • Cada tipo de transductor tiene un rango de frecuencias efectivo, por lo que es crucial seleccionar el adecuado para cada aplicación.

1. Transformada de Fourier:

   • Algoritmo utilizado para transformar una señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia.

   • La Transformada Rápida de Fourier (FFT) es una implementación eficiente ampliamente utilizada en el análisis de vibraciones.

1. Muestreo:

   • Para analizar señales de vibración digitalmente, es necesario muestrear la señal analógica, convirtiéndola en valores discretos.

   • Frecuencia de muestreo: Debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal para evitar el aliasing.

   • Métodos de muestreo:

     • Muestreo fijo: Frecuencia de muestreo constante.

Muestreo síncrono: Frecuencia de muestreo varía según la velocidad de rotación 

1. Software de análisis:

   • Existen programas informáticos que facilitan el análisis de vibraciones, proporcionando gráficas en los dominios del tiempo y la frecuencia.

Estos programas permiten aplicar técnicas de análisis para diagnosticar fallas 

1. Patrones de fallas:

   • Cada tipo de falla genera un patrón de vibración característico en el espectro. Por ejemplo:

     • Desequilibrio: Pico a 1X RPM.

     • Desalineación: Picos a 1X, 2X y 3X RPM.

   • Estos patrones pueden usarse para entrenar redes neuronales y crear referencias.

1. Análisis de tendencias:

   • Consiste en realizar un seguimiento de las vibraciones a lo largo del tiempo para identificar cambios en el patrón de vibración.

   • Las tendencias son gráficos que muestran la evolución de las vibraciones, indicando posibles fallos.

1. Comparación con espectros de referencia:

   • Es crucial tener un espectro de vibraciones tomado cuando la máquina operaba normalmente, para compararlo con análisis futuros y determinar el progreso de las vibraciones.

1. Técnicas avanzadas:

   • Análisis cepstral: Identifica series de armónicos presentes en un espectro.

   • Demodulación de amplitud: Útil para detectar fallas específicas, como problemas en rodamientos o engranajes.

Guía para ejercicios prácticos de diagnóstico de vibraciones:

Para realizar ejercicios prácticos de diagnóstico de vibraciones, se pueden seguir los siguientes pasos, basados en las mejores prácticas y técnicas de análisis de vibraciones:

1. Preparación y Recopilación de Datos Iniciales:

1. Conocer la máquina:

   • Obtener información detallada sobre la máquina, incluyendo datos técnicos, características de operación e historial de mantenimiento.

2. Establecer una base de datos:

   • Crear una base de datos con información de las máquinas analizadas para comparar con mediciones futuras.

   • Contar con un espectro de referencia tomado cuando la máquina operaba en condiciones normales.

3. Definir puntos de medición:

   • Seleccionar puntos de medición clave, como rodamientos, ventiladores, engranajes o uniones entre ejes.

   • Marcar estos puntos para garantizar consistencia en las mediciones.

   • Medir en tres direcciones: axial, radial y tangencial.

4. Selección de transductores:

   • Escoger transductores adecuados (acelerómetros, sensores de velocidad o desplazamiento) según el tipo de fallo y el rango de frecuencias a medir.

5. Condiciones de la prueba:

   • Realizar mediciones bajo condiciones normales de operación (velocidad, carga y temperatura).

2. Adquisición de Datos de Vibración:

1. Mediciones periódicas:

   • Realizar mediciones de vibración a intervalos regulares en los puntos seleccionados. La frecuencia de medición depende de la criticidad de la máquina.

2. Utilizar un colector de datos:

   • Emplear un colector de datos junto con software especializado para almacenar y analizar los valores recogidos.

   • Usar analizadores de vibraciones que presenten señales en los dominios del tiempo y la frecuencia.

3. Registro de datos:

   • Almacenar información relevante de cada medición: fecha, hora, modelo del equipo, puesto de trabajo y condiciones de operación.

4. Medir en diferentes direcciones:

   • Tomar mediciones en las direcciones horizontal, vertical y axial para obtener una visión completa del comportamiento vibratorio.

. Análisis de los Datos de Vibración:

1. Análisis en el dominio de la frecuencia:

   • Observar el espectro de frecuencia para identificar componentes frecuenciales de la señal.

   • En máquinas rotatorias, las gráficas de velocidad son las más utilizadas. La frecuencia indica la causa de la vibración, y la amplitud su gravedad.

2. Análisis de órdenes:

   • Utilizar el análisis de órdenes para examinar vibraciones en función de la velocidad de rotación, identificando componentes relacionados con la velocidad y sus armónicos.

3. Identificación de frecuencias características:

   • Relacionar picos en el espectro con frecuencias características de los componentes de la máquina. Por ejemplo, un pico a 1X RPM puede indicar desequilibrio.

4. Análisis en el dominio del tiempo:

   • Examinar la forma de onda de la vibración para detectar problemas como desbalance, desalineación o impactos, especialmente en máquinas de baja velocidad o cajas de cambio.

5. Análisis Cepstral:

   • Usar el análisis cepstral para identificar patrones periódicos en los espectros, útil para diagnosticar problemas en cajas de engranajes y rodamientos.

6. Comparación con referencias:

   • Comparar los espectros obtenidos con los espectros de referencia tomados en condiciones normales.

7. Análisis de Tendencias:

   • Elaborar tendencias para observar cambios en los niveles de vibración a lo largo del tiempo y detectar problemas incipientes.

4. Identificación y Diagnóstico de Fallos:

1. Identificar patrones de fallas:

   • Buscar patrones de vibración característicos de fallos como desequilibrio, desalineación, holguras o problemas en rodamientos.

2. Evaluar la gravedad:

   • Determinar la severidad de las vibraciones utilizando normas y estándares de referencia.

3. Considerar la fase:

   • Medir la fase para esclarecer el origen del problema, especialmente en casos de desequilibrio y desalineación.

4. Espectro cruzado:

   • Usar el espectro cruzado en analizadores de dos canales para evaluar la contaminación de mediciones y obtener la Función de Respuesta de Frecuencia (FRF), útil en el análisis modal.

5. Corrección y Seguimiento:

1. Planificación de la Intervención:

   • Una vez detectado el fallo, planificar la intervención para corregirlo, minimizando el impacto en la producción.

2. Seguimiento después de la reparación:

   • Tomar mediciones después de la reparación para verificar que el problema ha sido solucionado.

   • Comparar los nuevos datos con el espectro de referencia y las tendencias anteriores.

Ejemplos de casos reales de diagnóstico de vibraciones:

El análisis de vibraciones es una herramienta poderosa para identificar y resolver problemas en maquinaria. A continuación, se presentan ejemplos reales donde se aplican estas técnicas: