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El análisis de vibraciones tiene sus orígenes en la década del 50, con el primer medidor de vibración total( ya en el año 1939 que salió la primera carta de severidad de vibraciones, se medìa vibración total). Los primeros analizadores comerciales FFT fueron introducidos en la década del 70 (la carta de la IRD, con registros filtrados de vibración fuè publicada en 1964), muchos de ellos pesaban más de 75 libras.

El control de vibración es un método de ensayo no destructivo para la supervisión de máquinas. Se lo utiliza para detectar fallas tempranas de componentes de máquinas. Una supervisión “inteligente” de máquinas implica no solo el decir que algo está fallando, sino conocer cual elemento de la máquina es el que está fallando y por que se produce la falla.

Se define Vibración como una oscilación mecánica alrededor de una posición de referencia. Vibración es un fenómeno tan común que lo vemos es nuestras casas, durante el transporte y en nuestros trabajos. Muchas veces se lo define como el lado negativo de un proceso útil.

La vibración en máquinas es el resultado de fuerzas dinámicas producidas por sus partes en movimiento. Adicionalmente, la magnitud de la vibración dependerá también de las propiedades del sistema (masa, rigidez y amortiguación). Por tanto, un adecuado control de vibración dependerá de las siguientes condiciones:

  • Disminuir las fuerzas que excitan al sistema a vibrar (desbalanceo, desalineamiento, resonancias, etc.); y
  • Mejorar las propiedades del sistema (masa, rigidez o amortiguación)

Como toda máquina está compuesta por distintas partes, cada una de estas vibrará con diferentes frecuencias y amplitudes, causando desgaste y fatiga a los componentes, siendo muchas veces la causa de fallas catastróficas.

La vibración en máquinas es el resultado de fuerzas dinámicas producidas por sus partes en movimiento. Como toda máquina está compuesta por distintas partes, cada una de estas vibrará con diferentes frecuencias y amplitudes, causando desgaste y fatiga a los componentes, siendo muchas veces esta la causa de fallas catastróficas.

Mantenimiento predictivo - Análisis de vibraciones

Análisis de vibraciones

Se dice que una pieza se encuentra desbalanceada cuando su centro de masa (centro de gravedad) no coincide con su centro geométrico. Esta condición es causada por una distribución desigual del peso del rotor alrededor de su centro geométrico.

Supongamos una pieza que ha sido fundida, por lo tanto tiene uno o varios poros. En este caso, el centro geométrico de la pieza no coincide con el centro de masa, por lo cual, la pieza se encontrará inherentemente desbalanceada.

Pieza fundida con desbalance intrínseco
Pieza fundida con desbalance intrínseco

Causas de desbalance:

Un cierto grado de desbalance en cualquier tipo de máquina rotativa es inevitable. Los diseñadores de máquinas las especifican con tolerancias de diseño, maquinado y ensamblaje, tales tolerancias pueden producir algún tipo de desequilibrio o desbalance. Adicionalmente, se puede presentar desbalance debido a pequeñas variaciones dentro de la composición metalúrgica del rotor (inclusiones, poros, etc.). Aún cuando, la mayoría de los rotores son balanceados por el fabricante después del proceso de manufactura y antes de ser utilizados ya armados en sus respectivas máquinas. El paso del tiempo y ciertas condiciones en el proceso de montaje, inciden en que la máquina vibre y que sus componentes deban ser re-equilibrados.

El punto pesado (heavy spot) identifica la posición angular del desbalance en una pieza. Para representarlo en un gráfico se necesita mostrar su magnitud, la distancia desde este punto al centro geométrico de la pieza y su dirección (usualmente expresada en grados angulares con respecto a un punto definido de referencia sobre el eje). Así por ejemplo en el disco mostrado anteriormente:

Desbalance = 28 g x 152 mm = 4256 g.mm
Desbalance = 28 g x 152 mm = 4256 g.mm

La foto nos muestra un impulsor de bomba del servicio de la empresa de agua potable de Guayaquil, equilibrándose en una máquina balanceadora.

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Norma ISO para evaluar la calidad de desbalance:

La figura siguiente nos introduce dentro de las normas para evaluar si una pieza o componente de máquina se encuentra balanceada (equilibrada) adecuadamente. La norma comúnmente utilizada para evaluar la severidad del desbalance es la ISO 1940.

picbaldinam4

Primeramente, tenemos que recalcar que toda pieza rotatoria, aún cuando haya sido confeccionada guardando el mayor cuidado, siempre presenta desbalance. Este desbalance residual, dependiendo del tipo de pieza, de su peso y de su velocidad, debe ser menor al desbalance máximo fijado por la norma.

La norma clasifica las piezas rotatorias según sus aplicaciones, así por ejemplo:

  • G-40:
    • Es la norma válida para llantas de automóvil
    • Cigüeñales de motores de cuatro tiempos con 6 o más cilindros
  • G-16:
    • Ejes de cardanes
    • Partes de maquinaria agrícola
    • Componentes individuales de máquinas (gasolina o diesel) para carros
    • Camiones y locomotoras
    • Cigüeñales de máquinas con seis o más cilindros bajo condiciones especiales
  • G 6.3:
    • Partes de maquinaria de proceso
    • Engranajes de turbinas de uso marino
  • G 2.5:
    • Componentes de turbinas a gas o vapor
    • Rotores de turbo-generadores
    • Turbo-compresores
    • Máquinas herramientas
    • Pequeñas armaduras eléctricas
    • Turbo-bombas
  • G 1:
    • Tocadiscos y fonógrafos
    • Armaduras eléctricas pequeñas con requerimientos especiales

Así por ejemplo, si el impulsor de una bomba tiene un desbalance de 50 onz.-plg, tiene un peso de 1000 libras y su velocidad de giro es 1000 rpm. Considerando también que siendo dicho impulsor de una bomba de maquinaria de proceso, la norma apropiada sería la ISO G 6.3, para 1000 rpm, el máximo valor de desbalance permisible es de 38 onz-plg, por lo que se concluye que la bomba se encuentra desequilibrada. Como se puede observar de la gráfica, la norma nos da el valor de desbalance máximo para un rotor que pese 1000 libras, para rotores más livianos o pesados, el desbalance tolerable subirá o bajará correspondientemente.

Control de ruido industrial

Se define ruido como un sonido no deseado, el instrumento medidor de ruido es un registrador de los niveles de presión sonora en el ambiente. El sonido se define como una variación rápida de una onda de presión dentro de un medio. El oído humano detecta pequeños cambios en la presión del aire sobre y debajo de la presión atmosférica.

El sonido es una onda mecánica, la cual es el resultado del movimiento de las partículas a través del medio del cual la onda sonora se está propagando. El movimiento de un lado a otro de las partículas en dirección de la energía transportada crea regiones dentro del medio en donde las partículas se juntan o presionan y otras regiones en donde las partículas se extienden separadamente. Las regiones en donde las partículas se juntan se llaman compresiones y las regiones donde se extienden separadamente se llaman rarefacciones.

Evaluación de niveles de ruido:
Monitoreo de ruido en exteriores.

A continuación transcribimos el artículo pertinente en la legislación ecuatoriana acerca de los niveles de ruido permisibles fuera de los linderos industriales:

TIPO DE ZONA
SEGÚN USO DE SUELO
NIVEL DE PRESIÓN SONORA EQUIVALENTE
NPS eq [dB(A)]
DE 06H00 A 20H00 DE 20H00 A 06H00
Zona Hospitalaria y educativa 45 35
Zona Residencial 50 40
Zona Residencial mixta 55 45
Zona Comercial 60 50
Zona Comercial mixta 65 55
Zona Industrial 70 65
Monitoreo de ruido en interiores.

A continuación transcribimos el artículo pertinente en la legislación ecuatoriana acerca de los niveles de ruido permisible en los lugares de trabajo.

Se fija como límite máximo de presión sonora el de 85 decibeles escala A del sonómetro, medidos en el lugar en donde el trabajador mantiene habitualmente la cabeza, para el caso de ruido continuo con 8 horas de trabajo. No obstante, los puestos de trabajo que demanden fundamentalmente actividad intelectual, o tarea de regulación o de vigilancia, concentración o cálculo, no excederán de 70 decibeles de ruido.

Para el caso de ruido continuo, los niveles sonoros, medidos en decibeles con el filtro “A” en posición lenta, que se permitirán, estarán relacionados con el tiempo de exposición según la siguiente tabla:

NIVEL SONORO
/dB (A-lento)
TIEMPO DE EXPOSICIÓN
POR JORNADA/HORA
85 8
90 4
95 2
100 1
110 0.25
115 0.125

Los distintos niveles sonoros y sus correspondientes tiempos de exposición permitidos señalados, corresponden a exposiciones continuas equivalentes en que la dosis de ruido diaria (D) es igual a 1.

En el caso de exposición intermitente a ruido continuo, debe considerarse el efecto combinado de aquellos niveles sonoros que son iguales o que excedan de 85 dB (A). Para tal efecto la Dosis de Ruido Diaria (D) se calcula de acuerdo a la siguiente fórmula y no debe ser mayor de 1:

D = C1 + C2 + Cn
T1 T2 Tn
C = Tiempo total de exposición a un nivel sonoro específico.
T = Tiempo total permitido a ese nivel.

En ningún caso se permitirá sobrepasar el nivel de 115 dB (A) cualquiera que sea el tipo de trabajo.

Ruido de impacto.- Se considera ruido de impacto a aquel cuya frecuencia de impulso no sobrepasa de un impacto por segundo y aquel cuya frecuencia sea superior, se considera continuo.

Los niveles de presión sonora máxima de exposición por jornada de trabajo de 8 horas dependerán del número total de impactos en dicho período de acuerdo con la siguiente tabla:

NÚMEROS DE IMPULSOS O IMPACTO
POR JORNADA LABORAL
NIVEL DE PRESIÓN
SONORA MÁXIMA (dB)
100 140
500 135
1000 130
5000 125
10000 120

Los trabajadores sometidos a tales condiciones deben ser anualmente objeto de estudio y control audiométrico.

 

Monitoreo continuo de dosis de ruido.

En muchas ocasiones, una medición puntual de los niveles de presión sonora, no es el método más idóneo para evaluar la severidad del ruido en una planta industrial, debido a que el operador, durante su jornada de trabajo, rota por distintos lugares en donde ejerce su función. Es por esta razón, que se hace necesario el uso de una herramienta más precisa. Los medidores de dosis de ruido registran continuamente, los niveles de presión sonora a los cuales está sometido el operador durante toda su jornada de trabajo.

El dosímetro consiste en un cable micrófono y un colector que convierten la presión acústica en una señal eléctrica, que es acondicionada, monitoreada e integrada en el tiempo a fin de proporcionar valores automáticos pertenecientes a las evaluaciones de ruido ocupacional y ambiental.

El colector trabaja con un potente software que permite la evaluación de resultados y generación de gráficas.

Monitor de ruido
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