ANALISIS DE LAS VIBRACIONES

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ANALISIS DE LAS VIBRACIONES
El análisis de vibraciones es, básicamente, el proceso que mide los niveles y las frecuencias de vibración de la maquinaria industrial. La finalidad es monitorear el estado de las máquinas y sus componentes para, a su vez, predecir y prevenir fallas en las máquinas rotativas. Confiabilidad, eficacia y optimización son las cualidades asociadas con un análisis de vibraciones llevado a cabo de forma apropiada. Ahora bien, los acelerómetros son los dispositivos diseñados para recoger la información de las vibraciones y así procesar los datos con ayuda de un analizador de espectro o mediante un algoritmo.
MANTENIMIENTO PREDICTIVO
El mantenimiento predictivo es una técnica que utiliza herramientas y técnicas de análisis de datos para detectar anomalías en el funcionamiento y posibles defectos en los equipos y procesos, de modo que puedan solucionarse antes de que sobrevenga el fallo. Al igual que el análisis predictivo permite anticipar, por ejemplo, los movimientos de los mercados o las fluctuaciones en la demanda de energía, el mantenimiento predictivo utiliza el análisis de datos para adelantarse a los fallos de los sistemas y es parte fundamental del Internet Industrial de las Cosas
TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO
Hay diversas técnicas ligadas al mantenimiento predictivo y, a continuación, repasamos algunas de ellas:
Análisis de vibraciones
Permite a los técnicos analizar las vibraciones de una máquina mediante sensores integrados en el equipo. Una máquina que funciona en condiciones óptimas presenta un patrón de vibración concreto, pero cuando los componentes se desgastan las frecuencias de vibración cambian.
Ultrasonido Industrial
La prueba por ultrasonido es un método no destructivo que se utiliza principalmente para detectar bajas vibraciones en equipos rotativos, fugas y ruidos de rodamientos que emiten ondas ultrasónicas Las frecuencias que se utilizan para los ensayos no destructivos por ultrasonidos son muchas veces superiores al límite de la audición humana, normalmente en el rango de 500 KHz a 20 MH
Termografía Inflaroja
El aumento de la temperatura, por fricción o causas eléctricas, es enemigo de los aceites lubricantes y los componentes de transmisión de potencia. Sin embargo, hoy en día, por medio de tecnología, podemos utilizar la temperatura como instrumento de diagnóstico para la toma de decisiones La medición de la temperatura con cámaras especializadas produce fotografías infrarrojas a través del calor que emiten las máquinas. Muestran las partes más calientes e indican las áreas problemáticas en donde se produce el desgaste
Las cámaras infrarrojas suponen una alta inversión para los departamentos de mantenimiento y muchas veces es difícil determinar qué marca o tipo de termógrafo proporcionará las mejores lecturas Una alternativa para estos dispositivos es el sensor IoT de Tractian, que además de recolectar datos de vibración, horas de funcionamiento y consumo de energía en tiempo real, recopila datos de la temperatura de un activo hasta un rango de 80°C Cuando existe alguna anomalía en la máquina y la temperatura sobrepasa el límite máximo ideal proporcionado por el fabricante, la plataforma automáticamente dispara una alerta de aviso para el profesional de mantenimiento a cargo
Análisis de lubricantes
Las técnicas de análisis de lubricantes son fundamentales para determinar el deterioro del lubricante, la entrada de contaminantes y la presencia de partículas de desgaste.
Actualmente existen equipos de taller para análisis de aceites que permiten montar un mini laboratorio de análisis rápido de aceites en la planta industrial, lo cual permite:
· Obtener resultados inmediatos sobre los análisis
· Reducir el coste de análisis por muestra
Los equipos de taller para análisis rápido de muestras miden los siguientes parámetros:
· Índice de detracción química, para evaluar el deterioro del aceite lubricante
· Constante dieléctrica, para evaluar el deterioro del aceite lubricante y su contaminación
· Contenido en agua, para evaluar su contaminación
· Índice de desgaste férrico, para localizar desgastes de piezas de la máquina tales como engranajes o rodamientos
· Indicador de partículas no férricas, para verificar si existe entrada de contaminantes
· Viscosidad, para comprobar la efectividad del lubricante y estudiar su degradación química o entrada de contaminantes líquidos
Análisis Arbol de fallos
El análisis de árbol de fallos o un FTA (del inglés “fault-tree analysis”), es un análisis sistemático que permite identificar la causa raíz de un fallo a través de un diagrama. Un árbol de fallos permite el análisis de una sola ocurrencia indeseada, pero también puede utilizarse sistemáticamente para evaluar el funcionamiento de un conjunto de componentes, lo que hace que esta herramienta sea muy versátil.
Las herramientas de análisis de causa raíz más parecidas al árbol de fallos son el diagrama de dependencia, el diagrama de bloques funcionales y el análisis de Markov. El análisis del árbol de fallos y el FMEA también se comparan frecuentemente, pero hay diferencias sustanciales entre ambos.
Análisis F Meca 
El análisis FMECA es desarrollado en un sistema de bombeo que consta de seis bombas y motores de iguales características en paralelo. Cada equipo consta además de sus respectivas protecciones, elementos de arranque y paradas, una red hidráulica y un sistema automatizado de monitoreo continuo. El FMECA es una técnica de ingeniería usada para definir, identificar y eliminar fallas conocidas o potenciales, problemas, errores, y otras fallas del sistema como procesos, diseños o servicios antes de que alcancen a llegar al consumidor
Las etapas de desarrollo del procedimiento FMECA son:
· Describir las funciones: primaria y secundarias de los equipos. Establecer todas las fallas funcionales reales y potenciales conocidas. 
· Describir los modos de fallas
· Evaluar las consecuencias y los efectos de cada modo de falla, con su falla y su función. 
· Medir el RPN mediante la evaluación de la severidad, la probabilidad de ocurrencia y la posibilidad de detección. 
· Establecer las acciones correctivas o planeadas. Realizar las tareas Proactivas. 
· Medir nuevamente el RPN y replantear las acciones.
TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE VIBRACION
 análisis de vibraciones es referirse al proceso de medición de los niveles y frecuencias de vibración de la maquinaria industrial, y a la utilización de esa información para determinar la «salud» de la máquina y sus componentes. Sus principales técnicas son:
Análisis del tiempo y de la forma de onda
El análisis de la forma de onda en el tiempo puede mejorar el análisis de vibración. No debe considerarse como una herramienta primaria, sino más bien como una herramienta para proporcionar información adicional.
Puede ser útil para aplicaciones de baja velocidad porque revela la forma en que la máquina se está moviendo. El análisis de la forma de onda en el tiempo se utiliza frecuentemente para analizar engranajes, por ejemplo.
Hay un punto de cruce alrededor de 100 RPM – por debajo de esa velocidad, el análisis del tiempo y la forma de onda proporciona mejores resultados y el análisis de frecuencia no es efectivo.
Análisis de datos de vibración
Las características de los espectros de vibración pueden separarse en señales de estado estacionario, que repiten señales continuas y transitorias, que ocurren como resultado de eventos específicos. Las características de la señal pueden subdividirse en síncronas, asíncronas y sub-síncronas como se indica a continuación:
· Picos de vibración síncrona: En los equipos rotativos, el espectro de vibración tendrá un pico en la frecuencia de rotación fundamental del eje. Esto es cierto para cualquier sistema, no sólo para uno con defectos. El sistema típicamente también mostrará picos en múltiplos de la frecuencia fundamental, conocidos como 2X, 3X, etc.
Estos se conocen como picos sincrónicos. Frecuentemente están ligados a las características físicas del sistema. Por ejemplo, un engranajecon 32 dientes introducirá un pico de vibración a 32X, o 32 veces la frecuencia fundamental.
· Picos sub-sincrónicos. Los espectros de vibración pueden mostrar un tercer tipo de característica conocida como picos sub-sincrónicos. Estos son básicamente armónicos de la frecuencia fundamental. Son causadas por cualquier elemento físico del sistema que opera a una frecuencia inferior a la del eje principal.
Una correa suelta en un eje que gira a 30 Hz, por ejemplo, puede deslizarse lo suficiente como para moverse a sólo 29,19 Hz. Esto creará un pico de frecuencia inmediatamente al lado del pico fundamental a 30 Hz. Otros ejemplos incluyen defectos en las carcasas de los rodamientos de bolas, turbulencias, etc.
Análisis espectral de la vibración
El análisis espectral es el proceso de transformar una señal del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia. A menudo se hace usando FFT. La señal se analiza para determinar cualquier frecuencia sustancial proveniente de los componentes de la máquina. Donde hay un pico en la señal de frecuencia, esa es la fuente probable de vibración. Las aplicaciones comunes para el análisis espectral incluyen la velocidad de rotación de un eje o la frecuencia con la que engranan los dientes en un par de ruedas dentadas
Análisis de fases de vibraciones
Cuando se habla del análisis de vibraciones, la fase es una diferencia de tiempo relativa entre dos señales medidas en unidades de ángulo en lugar de tiempo. Solo funciona si las dos señales que se comparan son de la misma frecuencia. La medición de fase se utiliza junto con FFT para descifrar fallas de la máquina, como piezas sueltas, desalineación y desbalanceo.
Análisis de los promedios sincrónicos del tiempo
El promedio de tiempo síncrono, también llamado promedio en el dominio de tiempo, o sencillamente promedio sincrónico, es un tipo completamente diferente de promedio, donde la forma de onda está promediada en un bufer, antes de que la TRF se calcule. Para poder llevar a cabo el promedio en el dominio de tiempo, un pulso disparador de referencia debe ser introducido en el analizador para informar cuando tiene que empezar a tomar muestras de la señal. Este pulso disparador está sincrónico con un elemento de la máquina, que es de interés, como la rotación de la flecha, por ejemplo.
Cuando se lleva a cabo el promedio en el dominio de tiempo de una señal de vibración de una máquina real, la grabación de tiempo promediada va acumulando gradualmente esas porciones de la señal que están sincrónicas con el disparador. Los promedios de otras partes de la señal, como el ruido y otros componentes, como de otras partes rotativas de la máquina se cancelan efectivamente. Este es el único tipo de promedio que disminuye el ruido
Análisis de Orbita
 La órbita se define como un diagrama de la línea central de un cojinete. Se mide colocando dos sondas en el alojamiento del cojinete con una separación de 90 grados. Los datos de estas sondas pueden mostrarse digitalmente y usarse para detectar las vibraciones del eje causadas por latigazo de aceite: el aceite girando en su interior hace que el eje se mueva.
Demodulación o Análisis de Envolvente
El análisis de envolvente es una forma de análisis de vibración que puede detectar impactos con muy poca energía, a menudo ocultos por otras señales de vibración. Es una herramienta de diagnóstico popular para dientes de engranajes y rodamientos de rodillos dañados.
Análisis de Vibraciones en Partidas y Parada de una Maquina
Existen ciertos problemas qué son más fáciles de diagnosticar durante el funcionamiento transiente qué durante el funcionamiento estacionario de la máquina. Es el caso de los problemas que generan vibraciones cuya frecuencia son función de la velocidad de la máquina. Al disminuir esta dicha componente va disminuyendo en acorde, por lo que en algún momento coinciden con alguna frecuencia natural de ella y son amplificadas, evidenciando en ese instante en forma más clara el problema.
Para eso se analizan los gráficos de la amplitud y fases de algunos componentes vibratorios en función de la velocidad de rotación de la máquina. Estos gráficos se denominan a veces gráficos de Bode. Otros gráficos utilizados es el diagrama en cascada.
Transformadas tiempo-frecuencia
El análisis espectral es adecuado para analizar vibraciones compuestas de componentes estacionarias durante su periodo de análisis. Esto indica qué efectos transientes de la vibración son promediando en el periodo de análisis, perdiéndose información sobre la naturaleza o forma de estas variaciones.
Existe entonces la necesidad de un análisis qué describa mejores señales no estacionarias, esto se consigue con las distribuciones o transformadas tiempo-frecuencia. Estas son análisis tridimensionales amplitud-tiempo-frecuencia, es decir, segrega una nueva dimensión (El tiempo) a la clásica FFT.
Normativas existentes en el análisis de vibraciones
· Recomienda la identificación clara de los equipos y sus atributos, parámetros de operación normal, las fuentes de alimentación asociadas, los sistemas de control y los sistemas de monitoreo existentes.
· Recomienda la evaluación y clasificación de acuerdo a la criticidad de los activos y el riesgo que supone una falla de este para la organización. Este análisis debe incluir una evaluación costo-beneficio.
· Recomienda, por tipo de equipo, la identificación de modos falla, mecanismos de deterioro, identificación de componentes y sus frecuencias características de falla, identificar el método de monitoreo más idóneo para su captura e identificar las condiciones operacionales y los lugares de medición con mayor posibilidad de detección de falla.
· Hace referencia a que la posibilidad de realizar un diagnóstico confiable depende principalmente de:
· Las condiciones operacionales del activo a monitorear, el monitoreo debe llevarse a cabo cuando la máquina haya alcanzado un conjunto predeterminado de condiciones de funcionamiento (por ejemplo, la temperatura normal de funcionamiento) y procurar efectuarlo siempre en las mismas condiciones de funcionamiento y en el mismo lugar en la máquina.
· El tipo de maquina a evaluar y de que el método de monitoreo y la frecuencia con de inspección sean las correctos para lograr capturar el mecanismo de deterioro o el modo de falla en particular. Para lograr el mayor valor a la organización esta captura debe generarse en una etapa incipiente o temprana, e ir monitoreando hasta determinar el punto de equilibrio Beneficio – Costo – Riesgo.
· La configuración adecuada de los parámetros de falla en el software de medición y la selección adecuada del hardware (Cables, sensores, analizador, Gateways, etc.).
· La calibración y el buen funcionamiento de los instrumentos y componentes del equipo recolector y analizador.
· La adecuada competencia de las personas responsables de efectuar la recolección de los datos y los diagnósticos.
· Hace referencia a que en métodos de monitoreo de condición como el análisis de vibración, las simples mediciones de los valores globales (Overall) pueden no ser suficientes para mostrar la ocurrencia de una falla. Se requiere de técnicas como la medición del tiempo, espectros y análisis de fase para revelar los cambios causados por las fallas. Para efectuar la lectura adecuada y un análisis preciso se requiere de la configuración correcta de los parámetros característicos de falla por tipo de equipo y componente en las herramientas de medición (software y hardware).
· El intervalo de monitoreo depende, entre otros factores, del tipo de falla, su tasa de progresión y, por lo tanto, la tasa de cambio de los parámetros característicos de cada componente.
· Es necesario analizar, a partir del historial de falla, la frecuencia de aparición de los modos de falla por equipo y tipo de equipo y establecer sus causas, para determinar el intervalo y la periodicidad adecuada de medición programada, la cual debe estar ajustada a una frecuencia mayor que la aparición del modo de falla esperado.
· Se debe establecer los criterios de alerta/alarmaadecuados que permitan la identificación temprana de la ocurrencia de posibles fallas y estos deben optimizarse con el tiempo en un proceso iterativo.
· Debe incluirse dentro de los parámetros de monitoreo aquellos relacionados con las condiciones operacionales de los activos durante la ejecución del monitoreo de condición, parámetros de procesos u operacionales del equipo tales como: presión, temperatura, fluido, entre otros. Estos parámetros ayudan en los análisis y permiten determinar si la condición observada de mejora o de desmejora se debe a la aparición de una falla o a un cambio en las condiciones de operación o de funcionamiento.