por qué es importante el análisis de vibraciones

¿Qué es el análisis de vibraciones en mantenimiento?

En la industria manufacturera, la búsqueda de la reducción del tiempo de inactividad, el aumento de la calidad del producto y la mejora de los márgenes de beneficio son preocupaciones constantes para cualquier empresa que desee seguir siendo competitiva.

El mantenimiento predictivo es una de las formas más eficaces de alcanzar estos objetivos y desempeña un papel fundamental en la optimización de la producción.

En realidad, son muchas las tareas que componen el mantenimiento predictivo. El análisis de vibraciones es una de las más importantes.

En este artículo vamos analizar cómo se pueden medir las vibraciones en la maquinaría industrial y las técnicas que utilizamos en SICMA21 para realizar un diagnóstico de vibraciones en el mantenimiento de equipos.

¿Qué significa análisis de vibraciones en equipos rotativos?

El análisis de vibraciones recoge las vibraciones detectadas en los equipos, y las compara con las vibraciones de falla conocidas para identificar posibles puntos de fallo.

Además, puede ayudar a los profesionales de mantenimiento a abordar de forma proactiva los problemas de rendimiento antes de que las máquinas se averíen.

En la práctica, es muy eficaz para identificar los inicios del desgaste de los equipos y las posibles averías o la degradación de los procesos; una de las columnas vertebrales del mantenimiento predictivo.

Con el equipo adecuado, el análisis de vibraciones también puede permitir el análisis de la causa raíz, que permite determinar la causa exacta de un problema inminente, lo que es fundamental en equipos con múltiples piezas rotativas.

¿Cuándo se aplica el análisis de vibraciones?

En su mayoría, el análisis de vibraciones se aplica sobre todo a la supervisión del estado de las máquinas y de sus piezas rotativas principales, entre las que se incluyen:

  • Rodamientos, engranajes, ejes, ruedas libres.
  • Máquinas rotativas, como cajas de cambios, motores eléctricos, ventiladores y trenes de transmisión.
  • Máquinas alternativas, como motores de pistón, compresores, bombas y mecanismos de puertas.

El análisis de vibraciones también se aplica en la supervisión del estado de las estructuras, como por ejemplo:

  • Puentes
  • Tuberías
  • Palas de turbina

¿Qué problemas se pueden detectar en un análisis de vibraciones?

Los diferentes tipos de fallas que pueden detectarse a partir del análisis de vibraciones son, por ejemplo:

  • Fallo de los engranajes
  • Fallo de los rodamientos
  • Fallo de los cojinetes de deslizamiento
  • Fallos de los acoplamientos flexibles
  • Fallo de las máquinas eléctricas, entre otras.

También es una forma eficaz de identificar problemas estructurales y puntos débiles en la maquinaria.

En pocas palabras, una falla de una máquina puede definirse como cualquier cambio en una pieza o componente de la maquinaria que hace que no pueda realizar su función de forma satisfactoria.

Una clasificación posible de las causas de falla sería:

  • Fragilidad inherente en el material, el diseño y la fabricación.
  • Uso indebido o aplicación de esfuerzos en una dirección no deseada.
  • Deterioro gradual debido al desgaste, rotura, fatiga por tensión, corrosión, etc.

Básicamente, los fallos de los cojinetes antifricción son uno de los principales factores de falla de la maquinaria rotativa. Los defectos de los rodamientos antifricción pueden clasificarse en localizados y distribuidos.

Por un lado, los defectos localizados incluyen grietas, picaduras y desprendimientos causados por la fatiga en las superficies de rodadura.

Por otro, los defectos distribuidos incluyen la rugosidad de la superficie, la ondulación, las ranuras desalineadas y los elementos rodantes deformados. Estos defectos pueden ser el resultado de la fabricación y del desgaste abrasivo.

Hoy en día, las plantas de fabricación modernas son muy complejas. Las fallas en los equipos de proceso y en la instrumentación aumentan los costes de producción y provocan pérdidas.

La detección temprana de fallas en la maquinaria industrial puede ahorrar miles de euros en mantenimiento de emergencia y costes de pérdida de producción.

Los rodamientos son partes esenciales de muchas maquinas. Por lo tanto, la detección temprana de los defectos es crucial para la prevención de daños y el daño secundario a otras partes de una máquina.

Incluso pueden desencadenar en una falla total del sistema asociado.

Sobre el terreno, el análisis de vibraciones detecta las posibles fallas mediante la observación minuciosa de las vibraciones a través de diversos sensores, como acelerómetros o micrófonos integrados.

Además, los ingenieros pueden utilizar acelerómetros de alta precisión, alta velocidad y medición directa, llamados acelerómetros triaxiales.

Para encontrar posibles defectos utilizan la frecuencia, la amplitud y la dirección de las vibraciones en estructuras o máquinas.

Si un componente de la máquina falla a una frecuencia de resonancia en toda la estructura, la máquina vibrará de forma peligrosa.

Utilizando las señales vibratorias, es posible localizar cualquier cosa oculta detrás de muebles u otros objetos a los que, de otro modo, sería muy difícil llegar.

¿Cómo se realiza la técnica del análisis de vibraciones?

El análisis de vibraciones es un proceso que controla los niveles de vibración e investiga los patrones de las señales de vibración.

Suele realizarse tanto en las formas de onda temporales de la señal de vibración, como en el espectro de frecuencias, que se obtiene aplicando la transformada de Fourier a la forma de onda temporal.

El análisis espectral en el dominio del tiempo, sobre formas de onda de vibración registradas de forma cronológica, revela cuándo y con qué intensidad se producen los eventos de vibración anormales.

Para ello, extrae y estudia parámetros que incluyen, entre otros, la raíz media cuadrada (RMS), la desviación estándar, la amplitud de pico, la curtosis, el factor de cresta, la asimetría y muchos otros.

El análisis en el dominio del tiempo es capaz de evaluar el estado general de los objetivos que se vigilan.

En aplicaciones del mundo real, especialmente en maquinaria rotativa, es muy conveniente incorporar el análisis del espectro en frecuencia además del análisis en el dominio del tiempo.

Una máquina compleja con muchos componentes generará una mezcla de vibraciones de cada uno de los componentes giratorios.

Por lo tanto, es difícil utilizar sólo las formas de onda temporales para examinar el estado de los componentes críticos, como los engranajes, los cojinetes y los ejes de un gran equipo giratorio.

El análisis de frecuencias descompone las formas de onda temporales y describe la repetitividad de los patrones de vibración, de modo que se pueden investigar los componentes de frecuencia correspondientes a cada componente.

Además, la consolidada técnica de la Transformada Rápida de Fourier (FFT) facilita un análisis de frecuencias rápido y eficaz, así como el diseño de diversos filtros digitales de ruido.

qué parametros se pueden obtener en el análisis de vibraciones
Ejemplo de diagrama del análisis de vibraciones

¿Qué instrumento se utiliza para medir las vibraciones?

Los sensores, medidores y analizadores de vibraciones, normalmente denominados vibrómetros, son dispositivos portátiles que, gracias a diversos métodos de detección de vibraciones, basados en acelerómetros o tecnología láser, miden el nivel de vibración de una máquina o de sus componentes.

Es un referente del estado técnico, y su análisis exhaustivo permite diagnosticar los defectos o el desgaste de los rodamientos, determinar posibles desalineaciones o asimetrías, y detectar holguras o golpes.

El control constante o repetido de los niveles de vibración también permite predecir los fallos antes de que se produzcan.

Los vibrómetros móviles que se fabrican actualmente suelen parecerse a los típicos medidores de parámetros eléctricos: tienen un cuerpo similar y están equipados con pantallas LCD multilíneas parecidas.

En cambio, los vibrómetros más modernos combinan las funciones de medidor y analizador de vibraciones, tacómetro y equilibrador.

Estos instrumentos permiten a los técnicos de mantenimiento realizar mediciones generales de las vibraciones, evaluar el estado de la máquina según normas específicas, comprobar el desgaste de los rodamientos, determinar la temperatura y la velocidad del elemento giratorio, así como equilibrar el rotor.

Durante estos procesos, un vibrómetro moderno guarda todos los datos en su memoria y luego los envía a un PC o a un dispositivo móvil equipado con un software de análisis de vibraciones y archivo específico.

Los vibrómetros más comunes del mercado pertenecen a uno de los dos tipos siguientes: vibrómetros basados en acelerómetros o vibrómetros láser.

Vibrómetros basados en acelerómetros

Los vibrómetros basados en acelerómetros miden tanto el desplazamiento como la aceleración, lo que permite montar el sensor directamente en la máquina e indicar la magnitud de la vibración con gran precisión.

El sensor puede ser parte integrante de un vibrómetro, o puede ser un pequeño accesorio conectado al medidor con un conector especial y luego fijado con un imán en la máquina, que funciona en espacios reducidos.

Su elemento clave, el acelerómetro, o más bien el transductor utilizado en él, puede pertenecer a uno de los tres tipos diferentes:

  • Piezoeléctrico
  • Piezoresistivo
  • Capacitivo

En los transductores piezoeléctricos, los cristales generan una carga eléctrica bajo carga mecánica, en los transductores piezoresistivos se mide la resistencia eléctrica, mientras que en los transductores capacitivos se miden los cambios de capacitancia en función de la posición de los electrodos en movimiento.

Vibrómetros láser

Los vibrómetros láser emplean una tecnología completamente diferente. Su funcionamiento consiste en detectar y analizar la radiación láser, que se dispersa en una parte vibratoria de la máquina.

Aquí se aplica un fenómeno bien conocido llamado efecto Doppler: cuando un objeto vibra, la frecuencia de la luz cambia y la medición de la diferencia de frecuencias se convierte en la base para calcular la velocidad de movimiento del objeto examinado, la amplitud de sus vibraciones o la aceleración.

qué fallas se pueden detectar con el análisis de vibraciones

Beneficios del análisis de vibraciones

La supervisión de las vibraciones es una parte crucial del programa de funcionamiento y mantenimiento de cualquier máquina.

Puede ser difícil entender el funcionamiento de una máquina con sólo mirarla o escucharla, pero con la monitorización de las vibraciones se tiene la oportunidad de ver lo que ocurre dentro de esa unidad y tomar decisiones basadas en los datos para mantener la máquina y el proceso en funcionamiento.

En definitiva, el análisis de vibraciones contribuye a los resultados de una empresa.

A continuación te explicamos cuáles son los principales beneficios de la supervisión y el análisis de vibraciones en el mantenimiento de equipos y maquinaria industrial:

Reducción de los costes de reparación y sustitución

Como hemos mencionado anteriormente, los gastos en piezas y mano de obra pueden reducirse cuando el análisis de vibraciones revela un problema con una pieza menos costosa.

En el fondo, se sustituye a tiempo para evitar una falla grave, eliminando el tiempo y el coste de sustitución de toda la máquina.

El mantenimiento programado reduce la inactividad

El mantenimiento programado para sustituir componentes individuales de la máquina minimiza el tiempo de inactividad.

Además, elimina la necesidad de realizar horas extraordinarias de emergencia para reparaciones no programadas o sustitución de equipos.

Las reparaciones de emergencia no programadas pueden costar miles de euros y su eliminación es uno de los beneficios más significativos de la planificación del mantenimiento proactivo con el análisis de vibraciones.

Optimiza la producción y la seguridad de la planta

Las reparaciones sencillas para solucionar los problemas de vibración, como correas desgastadas, rodamientos o montajes sueltos, pueden realizarse en períodos programados que no interferirán con los tiempos de producción.

El buen funcionamiento de los equipos de la planta garantiza un entorno de trabajo más seguro para el personal de la planta que trabaja cerca de la maquinaria.

Eficiencia del mantenimiento proactivo

Cuando se identifica el fallo de componentes individuales mediante el análisis de vibraciones, los equipos de mantenimiento saben exactamente qué piezas, herramientas y apoyo a la planta serán necesarios para realizar reparaciones efectivas.

A la postre, mantienen la planta de producción en funcionamiento con un mínimo de tiempo de inactividad.

La resolución de problemas se realiza sin conjeturas de diagnóstico y las acciones de mantenimiento correctivo se llevan a cabo de forma rápida y correcta a la primera.

Conclusiones

La prevención de fallos potenciales es necesaria para un funcionamiento fiable y seguro de las máquinas y la prevención de fallos graves puede realizarse mediante un mantenimiento adecuado.

El mantenimiento predictivo, y en particular el análisis de vibraciones, es uno de los mejores y más probados métodos para conocer el estado real de tu maquinaria.

El objetivo final del análisis de vibraciones es el de hacer un seguimiento del estado a lo largo del tiempo y te permite planificar/programar posibles reparaciones de la maquinaria.

Con la instrumentación moderna en análisis de vibraciones, la falla de un componente puede detectarse antes de la parada de la máquina.

Una pequeña inversión en un partner especialista en el análisis de vibraciones puede ahorrar tiempo y dinero a medio y largo plazo.

Estos métodos de diagnóstico de vibraciones reducen el tiempo de inactividad, minimizan la posibilidad de una avería grave y, en última instancia, mejoran la calidad del producto y/o proceso.

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