CAPITULO II
LA ADQUISICIÓN DE DATOS
Las decisiones serán tan buenas como los hechos en que se han basado.
La clave para lograr un trabajo
excelente en el campo del
análisis
vibracional
es
la
apropiada adquisición de datos;
Los datos de vibración de una
máquina se obtienen por medio
de un transductor que convierte
la vibración mecánica en una
señal eléctrica en voltios (ver
figura 2.1), la calidad de la señal
depende de la buena selección
del transductor, de la forma como
esta montado y del lugar donde
esta localizado.
La apropiada adquisición de
Figura 2.1. Adquisición de Datos Vibracionales de una máquina.
los
datos
de
vibración
asegura lo siguiente: monitoreo confiable, diagnóstico de falla efectivo, buena evaluación del
equipo, pruebas precisas de aceptación del equipo. La calidad de la adquisición de datos requiere
de una cuidadosa planificación, que involucra a lo siguiente: al equipo, a la naturaleza de los
datos de vibración esperados, a la instrumentación disponible y al propósito de la prueba. Antes
de adquirir los datos, se debe analizar el costo-beneficio en base al propósito de los datos (es
decir, monitoreo, diagnóstico, evaluación de la condición del equipo o pruebas de aceptación).
Como todos los datos son digitalizados previamente al almacenamiento, se debe considerar el
tiempo de adquisición y el tamaño de la muestra, para que los datos adquiridos se visualicen
apropiadamente en la pantalla y que las vibraciones sean analizadas y evaluadas.
Selección de la Medida
Tres medidas de vibración están disponibles — desplazamiento, velocidad y aceleración. Lo
ideal seria que el transductor proporcione directamente la medida seleccionada pero
desgraciadamente las limitaciones del transductor no siempre permiten una medida directa de
vibración en la medida seleccionada.
La medida se selecciona en base a las frecuencias de vibración presentes en la máquina, el tipo de
análisis a ser efectuado y la información que se desea buscar. El Desplazamiento absoluto, se usa
para bajas frecuencias (de 0 a 1,200 CPM) y se relaciona a los esfuerzos en el eje o estructura,
típicamente es medido con un acelerómetro y la señal es doblemente integrada para obtener
desplazamiento. El Desplazamiento relativo, de un eje puede ser medido con un captador de
proximidad instalado en la caja de cojinetes y se usa en un amplio rango de frecuen cias.
La Velocidad, se usa para el monitoreo de máquinas en el rango de frecuencias (de 600 a 60,000
CPM) y se relaciona con la fatiga, generalmente es medido con un acelerómetro y la señal es
integrada para obtener velocidad.
La aceleración es la medida óptima para frecuencias superiores a 60,000 CPM y se relaciona con
la fuerza.
Las aplicaciones generales de medición con sus rangos de frecuencias se dan en la Tabla 2.1 y la
frecuencia máxima de toma de datos para colectores de datos con respecto al componente de la
maquina se dan en la Tabla 2.2 y la selección de la medida para maquinas específicas se dan en la
Tabla 2.3.
Tabla 2.1. Tipo de medición, Rango de frecuencias y Aplicaciones.
velocidad
600 – 60,000
CPM
Parámetro
físico
esfuerzo y
movimiento
esfuerzo y
movimiento
energía y
fatiga
aceleración
> 60,000 CPM
fuerza
Medición
desplazamiento
relativo
desplazamiento
absoluto
Rango de
frecuencias
0 – 60,000 CPM
0 – 1,200 CPM
Aplicación
movimiento relativo entre la carcasa y el eje
movimiento estructural
condición general de la maquina.
vibraciones a media frecuencia
condición general de la maquina.
vibraciones a media y alta frecuencia
Ejemplo 2.1: Seleccionar la(s) medida(s), el sensor y el rango de frecuencias para una Caja de
Engranajes de Simple Reducción de 9 Mw descrito en la tabla 2.3: Por el tamaño del equipo y el rango de
velocidades de trabajo, se justifica utilizar Captadores de Proximidad permanentes para el monitoreo.
Frecuencias
Principales
Tabla 2.3.
Selección de la Medida
Selección del Sensor
Tabla 2.2.
Frecuencia Máxima
7,500 RPM
Desplazamiento Relativo
Captador de Proximidad
10xRPM: 75,000 CPM
1,200 RPM
Desplazamiento Relativo
Captador de Proximidad
10xRPM: 12,000 CPM
GMF: 180,000 CPM
Aceleración
Acelerómetro
3xGMF: 540,000 CPM
2.2
Ejemplo 2.2: Seleccionar las medidas, el sensor y el rango de frecuencias para el Dryer Roll de 300
RPM de trabajo que utiliza rodamientos de 26 rodillos, descrito en la tabla 5: La frecuencia más alta en
rodamientos es BPFI (falla en pista interior).
BPFI = 0.6 x RPM x (nro, de rodillos) = 0.6 x 300 x 26 = 4,680 CPM
La tabla 2.2: Frecuencia máxima: 10 x BPFI = 10 x 4680 = 46,800 CPM.
La tabla 2.1: El rango de frecuencias indica la unidad de medición: Velocidad.
La tabla 2.3: Integrar la señal del acelerómetro o directamente del sensor de velocidad.
Ejemplo 2.3: Seleccionar; las medidas, el sensor y el rango de frecuencias para un Motor de inducción de
200 Hp, 1,800 RPM de trabajo que utiliza rodamientos de 08 rodillos, descrito en la tabla 2.3:
En el motor:
La tabla 2.2; Frecuencia máxima: 3x2LF = 3x2x3,600 = 21,600 CPM.
La tabla 2.1; El rango de frecuencias, indica la unidad de medición: Velocidad.
La tabla 2.3; Utilizar un sensor de Velocidad.
En los rodamientos:
La frecuencia más alta en rodamientos es BPFI (falla en pista interior).
BPFI = 0.6 x RPM x (nro, de rodillos) = 0.6 x 1,800 x 8 = 8,640 CPM.
La tabla 2.2: Frecuencia máxima: 10xBPFI = 10 x 8,640 = 86,400 CPM.
La tabla 2.1: El rango de frecuencias, en mayor proporción esta en Velocidad.
La tabla 2.3: Integrar la señal del acelerómetro o directamente del sensor de velocidad.
Si el rodamiento tuviera 16 rodillos; entonces:
BPFI = 0.6 x RPM x (nro, de rodillos) = 0.6 x 1,800 x 16 = 17,280 CPM.
La tabla 2.2: Frecuencia máxima: 10xBPFI = 10 x 17,280 = 172,800 CPM.
La tabla 2.1: BPFI es una frecuencia a 17,280 CPM que está en el rango de Velocidad y la frecuencia
máxima de 172,800 está en el rango de Aceleración; entonces las dos medidas son requeridas.
La tabla 2.3; Utilizar un acelerómetro.
Tabla 2.2. Rango de Frecuencias de acuerdo al tipo de componente.
Componente
Vibraciones del eje
Cajas de engranajes
Elementos de los rodamientos
Bombas
Motores y Generadores
Ventiladores
Cojinetes planos
Frecuencias Máxima
10 x RPM
3 x GM
10 x BPFI
3 x VP
3 x 2 LF
3 x BP
10 x RPM
2.3
Transductores de Vibración
La información acerca de la vibración de una máquina se obtiene por medio de los transductores, que
convierten las vibraciones mecánicas en señales eléctricas que son procesadas y acondicionadas por
una amplia variedad de instrumentos.
Estos
instrumentos
proporcionan
la
información necesaria para monitorear la
condición de la máquina. La amplitud de la
vibración, la frecuencia y el ángulo de fase
entre dos señales se utilizan para la
evaluación.
La selección del transductor esta basado
en; la sensibilidad, el tamaño requerido,
la medida seleccionada, la frecuencia de
respuesta, el diseño y la velocidad de la
máquina.
La respuesta de cualquier instrumento
Figura 2.2. Frecuencia de respuesta de algunos
transductores de velocidad.
incluyendo al transductor determina la
calidad de respuesta frente a un estimulo
(voltaje o vibración) a una frecuencia dada. Los analistas prefieren una respuesta plana de frecuencia
para todas las frecuencias a medir. ¿El transductor proporciona una señal eléctrica proporcional a la
vibración medida?; Desafortunadamente algunas veces la respuesta es, no; por ejemplo en la figura 2.2
se observa que la curva de respuesta del transductor de velocidad (A) para frecuencias superiores a 20
Hz es plana (484 mV/pulg/seg) y para frecuencias inferiores a 10 Hz disminuye dramáticamente. La
sensibilidad de los transductores es; el voltaje de salida por unidad de vibración medida; por ejemplo,
200 mV/mil, 500 mV/pulg/seg, 100 mV/g. Cuanto mayor es el voltaje de salida por unidad de medición
mayor será la sensibilidad del transductor.
Captadores de Proximidad o de No Contacto. Llamados también transductores de corriente de
Eddy y miden el desplazamiento relativo estático y dinámico del eje con respecto al alojamiento de
cojinetes, se utilizan como monitores de vibración (protección) en rotores livianos instalados en
carcasas robustas tales como turbinas, compresores, etc. Debido al peso y la rigidez de la carcasa,
la alta vibración del rotor liviano no afectará mucho al incremento de la vibración de la carcasa; en
estos casos es necesario medir la vibración real del eje con los captadores de proximidad. Las
aplicaciones de estos captadores en la medición de las vibraciones en las posiciones axial y radial
son tratadas en detalle en el API 670 [1].
2.4
Tabla 2.3. Selección de Medidas para varios tipos de Equipos.
1
Potencia
(HP/Mw)
Giro (RPM)
Frecuencias (Hz)
Tipo de
Cojinete
Medida
Caja de
engranajes de
simple
reducción
9 Mw
7,500 RPM input
1,200 RPM output
GM = 3,000 Hz
película de
aceite
desplazamiento del eje
aceleración de la
3
carcasa
Caja de
engranajes de
doble reducción
400 HP
1,800 RPM input
200RPM output
GM=375.725 Hz
rodamiento
de 15
aceleración y velocidad
rodillos
acelerómetro
o velocidad
Turbina a vapor 18,000 HP
5,000 RPM
película de
desplazamiento del eje
aceite
captador de
proximidad
Turbina a vapor
500 Kw
3,600 RPM
película de
desplazamiento del eje
aceite
captador de
proximidad
Turbina a gas
50 Mw
9,000 RPM
película de
aceite
desplazamiento del eje
aceleración de la
carcasa
captador de
proximidad
acelerómetro
Motores de
Inducción
grandes
4,000 HP
3,600 RPM
película de
desplazamiento del eje
aceite
captador de
proximidad
Motores de
Inducción
200 HP
1,800 RPM
Motores Diesel
400 HP
1,800 RPM
Bombas
centrífugas de
alta eficiencia
18,000 HP
5,000 RPM
Bombas
centrífugas
200 HP
1,800 RPM
Bombas
reciprocantes
200 HP
300 RPM
Compresores
Centrífugos
1,000 HP
5,000 RPM
Compresores
Reciprocantes
500 HP
480 RPM
Máquina
Dryer Roll
300 RPM
Transductores
2
rodamiento
de 08
velocidad de la carcasa
rodillos
película de
velocidad de la carcasa
aceite
película de
aceite
desplazamiento del eje
y velocidad de la
carcasa
rodamiento
de 12
velocidad de la carcasa
rodillos
rodamiento
de 15
velocidad de la carcasa
rodillos
película de
desplazamiento del eje
aceite
película de
velocidad de la carcasa
aceite
rodamiento
de 26
velocidad de la carcasa
rodillos
captador de
proximidad
acelerómetro
acelerómetro
o velocidad
acelerómetro
o velocidad
captador de
proximidad
acelerómetro
o velocidad
acelerómetro
acelerómetro
o velocidad
captador de
proximidad
acelerómetro
o velocidad
acelerómetro
o velocidad
1
Solamente medidas convencionales, HFD, detección de envolventes y otras técnicas especiales no incluidas.
2
Eje = Vibración relativa del eje.
3
Carcasa = Caja de cojinetes
2.5
Este Captador de Proximidad
requiere de un dispositivo
electrónico
externo
que
genere una señal eléctrica de
muy alta frecuencia1.5 MHz
que va a una bobina cubierta
con un material cerámico o
plástico (ver figura 2.3) en el
extremo del captador y la
bobina
genera
un
campo
magnético, el eje al acercarse
a la bobina se reduce la
potencia de la señal.
Figura 2.3. Captador de Proximidad.
Cortesía de Bently Nevada Corporation
Cuando el eje se mueve, la
señal
eléctrica
cambia
proporcionalmente
al
movimiento (mV/mil), el sensor de señales produce una tensión de corriente alterna proporcional a la
vibración y una señal de corriente continua proporcional a la separación o ―gap‖
La sensibilidad de los captadores es generalmente 200 mV/mil (8 mV/ m) por separación o
―gap‖ miden desde 0 hasta 250 mils. El oscilador demodulador requiere el suministro del voltaje
negativo de 24 V DC, el sensor debe ser blindado y con puesta a tierra.
Transductores de Velocidad. Estos sensores (ver figura 2.4) son auto excitados o sea que no
requieren suministro de energía para trabajar, se llaman también sensore s sísmicos porque
interiormente tiene una bobina suspendida con dos resortes dentro de un campo magnético fijo,
al existir movimiento relativo entre el imán
permanente y la bobina se genera una señal
eléctrica que responde directamente a la
velocidad de la vibración y son utilizados para
medir las vibraciones en los alojamientos de
los cojinetes en el rango de frecuencias de 10
hasta 2,000 Hz.
Un transductor de velocidad típico genera 500
Figura 2.4. Traductor Sísmico de Velocidad.
mV/pulg/seg,
excepto
para
inferiores a 10 Hz (ver figura 2.2).
2.6
frecuencias
La sensibilidad, baja para frecuencias inferiores de 10 Hz, porque la bobina ya no se queda fija en el
espacio sino que tiende a seguir el movimiento del imán permanente entonces las lecturas deben ser
corregidas por un factor (>1) que depende de la frecuencia (ver figuras 2.2).
Acelerómetros. Son sensores utilizados para medir los niveles de vibración en carcasas y
alojamientos de cojinetes, son sensores que típicamente se suministran con los colectores de
datos. El acelerómetro consiste en una pequeña masa montada sobre cristales piezoeléctricos
que producen pequeñas señales eléctricas proporcionales a la aceleración cuando hay una
fuerza aplicada (ver figuras 2.5). Para poder medir la pequeña señal eléctrica generada por los
cristales piezoeléctricos los acelerómetros tienen incorporados amplificadores electrónicos de
alta ganancia, por ejemplo el acelerómetro IRD 970 tiene una sensibilidad de 50 mV/g.
El tamaño de un acelerómetro es proporcional a su sensibilidad: Un acelerómetro, tan pequeño
como un borrador de lápiz tiene una sensibilidad de 5 mV/g y una respuesta plana hasta 25 kHz.
Un acelerómetro de 1,000 mV/g que es utilizado para mediciones a bajas frecuencias, puede ser
tan grande como un transductor de velocidad y tener una respuesta plana hasta 1,000 Hz. El
analista debe tener cuidado de las características de cada acelerómetro antes de utilizarlos.
Si se desea medir velocidad de vibración, la señal es usualmente integrada antes de ser
registrada o analizada, en la figura 2.7 se muestra un integrador análogo y suministrador de
potencia, este accesorio
tiene su propia frecuencia
de
respuesta
característica
y
una
determinada disminución
a bajas frecuencias.
Como la aceleración es
una
función
desplazamiento
frecuencia
(Aceleración
2
al
del
y
la
cuadrado
=
2fV
=
(2f) D), los acelerómetros
Figura 2.5. Acelerómetro y Suministrador de Potencia.
Cortesía de PCB Piezotronics Inc
2.7
son
sensibles a las amplitudes de vibración a altas
frecuencias
debido
a
esta
característica
es
particularmente útil para monitoreo fijo debido a su
larga vida y su baja sensibilidad cruzada (la
sensibilidad cruzada significa que el transductor
genera una señal en la dirección X por vibraciones
en la dirección Y), sin embargo; El ruido del cable,
la
longitud
del
cable
y
la
sensibilidad
por
temperatura del acelerómetro deben ser evaluadas
cuidadosamente.
Transductores de Fuerza. Los transductores de
fuerza, tales como martillos modales (modal
hammers) o calibradores de fuerzas (force gauges),
Figura 2.6. Martillo y Calibrador de fuerza.
también
contienen
cristales
piezoeléctricos
y
generan señales eléctricas que son proporcionales
a la fuerza aplicada. Los cristales piezoeléctricos generan una señal de amplia impedancia que debe
ser modificada por la conversión de la carga o voltaje a baja impedancia.
Accesorios de disparo.
Cuando es ventajoso asociar directamente los datos
de vibración con el giro del eje o con la vibración de
otras partes de la máquina, se utilizan los accesorios
de disparo; este accesorio sensa o es sincronizado a
la frecuencia de una marca o una protuberancia del eje
rotativo que envía una señal a un analizador u
osciloscopio que inicia la adquisición de los datos y
todos los datos empezaran a ser adquiridos en la
misma posición angular del eje cada vez que el
disparador
envíe
una
señal
al
analizador.
La
frecuencia de la señal del accesorio de disparo esta
asociado con la velocidad del eje o de algunos de sus
múltiplos, al estar asociados se puede medir el ángulo
de fase entre la señal de referencia y la señal de la
vibración (ver figura 1.11).
2.8
Figura 2.7. Accesorio Integrador análogo y
suministrador de potencia.
Cortesía de PCB Piezotronix Inc.
Sensores Ópticos. Los sensores ópticos
(ver figura 2.8) son a menudo utilizados para
obtener
una
señal
de
referencia
por
revolución del eje, el cual es requerido para
medir el ángulo de fase entre la marca de
referencia que gira a las RPM del eje y una
señal filtrada de vibración a la frecuencia de
giro del eje. El rayo de luz que sale del
sensor óptico se refleja en la cinta reflectante
pegada al eje una vez por cada revolución, el
Figura 2.8. Sensor Óptico.
Cortesía de Monarch Instrument
sensor envía un pulso de voltaje al analizador
(ver figura 1.11) y este compara la señal de la
cinta reflectante con otros eventos; por
ejemplo, otras cintas reflectantes en el eje, picos de vibración filtrada a la misma frecuencia o su
propia señal para determinar las RPM del eje.
Los sensores ópticos también pueden ser utilizados para determinar la diferencia de tiempos entre dos
cintas reflectantes separadas y ubicadas en la misma posición angular de un eje, esta medida es la
vibración torsional del eje. El sistema óptico incluye el sensor, cinta reflectante en el eje y el
amplificador con el suministrador de potencia.
Sensores Magnéticos. Son sensores autoexcitados (ver figura 2.9), pueden ser utilizados como un
accesorio de un disparador porque emite un pulso de voltaje cuando el sensor se acerca a una
discontinuidad por ejemplo, la protuberancia de una chaveta
en el eje, el sensor generalmente se ubica a una distancia de
20 mils de la discontinuidad más elevada del eje. Los
sensores
magnéticos
son
utilizados
para
medir
las
vibraciones torsionales, porque producen una serie de pulsos
de voltaje proporcionales a las RPM del eje. Si las vibraciones
torsionales están presentes, el tiempo entre pulsos varía
produciéndose una frecuencia modulada.
Una
desventaja
del
sensor
magnético
es
el
acondicionamiento de la señal, algunas veces es dificultoso
porque la magnitud del voltaje depende de la velocidad del
eje; los sensores de proximidad proporcionan la misma
Figura 2.9. Sensores Magnéticos.
función de disparo sin ésta desventaja.
2.9
Luz Estroboscópica. La luz estroboscópica es utilizada para medir la velocidad de giro del eje o el
ángulo de fase en conjunción con un sensor de vibración (ver figura 1.12). Para medir las RPM del eje,
la frecuencia de encendido de la luz se varía lentamente hasta llegar a sincronizar con las RPM y el
eje se observará como si disminuyera su velocidad hasta quedar estacionario. Para medir el ángulo de
fase, el encendido de la luz estroboscópica ocurre cuando la señal vibratoria cambia de menos a más,
esto significa que el punto más elevado estará siempre adelantado 90° con respecto al encendido de
la luz.
Selección de los transductores
Las consideraciones más importantes en la selección de los transductores son; frecuencias de
respuesta, proporción de señal y ruido, sensibilidad del transductor y magnitud de la señal que va ha
ser medida. El rango
de
frecuencias
del
transductor debe ser
compatible
con
las
frecuencias generadas
por los componentes
mecánicos
máquina,
de
la
de
contrario
se
lo
debe
seleccionar
otro
transductor y la señal
convertida
propias
a
unidades
sus
de
medición; por ejemplo,
sí
la
medición
de
velocidad es decidida
para
frecuencias
superiores a 2,000 Hz,
Figura 2.10. Frecuencias Naturales de un Acelerómetro dependiendo del
método de montaje utilizado.
se
debe
seleccionar
como transductor a un
acelerómetro y para obtener velocidad se debe integrar la señal; si se desea la forma de onda de la
velocidad, entonces la señal debe ser adquirida de un transductor de velocidad o de una señal
integrada a partir de un transductor de aceleración.
2.10
Los colectores de datos son suministrados usualmente con un acelerómetro debido a su rango de
frecuencias de respuesta y por ser pequeños. El rango de respuesta es mandatorio para que el usuario
no trate de medir las vibraciones en un rango de frecuencias para el cual el colector no responde
apropiadamente; por ejemplo, un colector típico que responde hasta una frecuencia de 8kHz y una caja
de engranajes tiene una frecuencia de engrane de 10 kHz entonces la señal estará fuera del rango de
medición del colector. La aceleración es medida por muchos colectores que proporcionan lecturas en
aceleración o velocidad, los parámetros seleccionados dependen del criterio escogido.
El cable que transmite la señal al colector de datos puede causar errores de lectura; Los cables
estándar especialmente fabricados son más convenientes que los cables coaxiales estándar por ser
más flexibles y resistentes a la rotura por concentración de esfuerzos localizados al curvarse en las
tomas vibracionales o al ser empacados para el transporte.
En adición los terminales deben ser manipulados cuidadosamente; muchos fabricantes de
acelerómetros suministran los conectores roscados Amphenol 97 series
TM
que pueden aflojarse en el
campo causando el giro y su posterior rotura. Se puede aminorar este tipo de fallas aplicando
Locktite a todas las conexiones roscadas cuando son nuevas. Un cable de repuesto es siempre
necesario, estos cables son conectores de computadoras y deben ser manipulados con cuidado.
Montaje de Transductores
El método utilizado para montar el transductor de vibración, afecta a la curva de respuesta del sensor,
porque la frecuencia natural del acelerómetro disminuye dependiendo del método de montaje
empleado (ver figura 2.10). El método de montaje seleccionado debería proporcionar una respuesta
plana en el rango de frecuencias que se desea analizar (ver tabla 2.4). Los datos por montaje de los
transductores están disponibles en [3], ver tabla 2.4 el montaje con espárrago sobre una superficie
plana de buen acabado y limpia proporciona la frecuencia más elevada de respuesta, la respuesta
disminuye progresivamente para; cera de abejas, pegamento epóxico y base magnética. La
confiabilidad más baja de las lecturas se obtiene con la sonda manual de 9 pulgadas, cada
acelerómetro con el método de montaje elegido tiene una única frecuencia natural y un rango de
frecuencias de trabajo.
Tabla 2.4. Rango de frecuencias aproximadas para un acelerómetro de 100 mV/g de sensibilidad
Método de Montaje
Sonda de 9 pulgadas
Magnético
Pegamento epóxico
Cera de abejas
Espárrago
Límite de Frecuencias CPM
30,000
120,000
150,000 a 240,000
300,000
360,000 a 600,000
2.11
Localización de los Transductores
La clave para lograr precisión de las lecturas
vibracionales es localizar los transductores en
puntos estratégicos, que respondan a la condición
de la máquina, lo más cerca a los cojinetes
físicamente posibles; en la figura 2.11 se observa
los puntos óptimos de montaje de los transductores
para la adquisición de datos. Las posiciones
horizontal y vertical a la línea central del cojinete
son utilizadas para sensar las vibraciones causadas
por fuerzas radiales tal como el desbalance, en la
figura, el peso del rotor causa una zona de carga
Figura 2.11. Puntos Óptimos de Medición
en la parte inferior, la posición axial es utilizada
para sensar las vibraciones causadas por fuerzas
axiales. Los sensores deben ser instalados lo más cerca de los cojinetes, si la superficie exterior de
los alojamientos de cojinetes es compleja, se deberá identificar el lugar más significativo de toma
vibracional considerando una óptima transmisión de la señal de vibración desde el eje hasta el punto
de toma, evitar la transmisión a través de; planchas delgadas, guardas y empaquetaduras.
Figura 2.12. Posiciones de medición en la zona de carga.
2.12
Si los rodamientos son radiales las lecturas de vibración deben ser radiales y si es de contacto angular la
lectura debe ser axial, siempre se debe considerar el lado de carga del rodamiento. En la figura 2.12 se
muestra las posiciones del transductor recomendadas para una máquina típica; El detalle del diseño
interno es necesario para determinar el tipo de cojinete y el camino óptimo de transmisión de la señal
vibratoria. Cuando los cojinetes son inaccesibles, los transductores pueden ser montados y luego
cableados a una caja de conexiones que permitan las tomas vibracionales fácilmente.
La tolerancia diametral interna existente en los cojinetes de baja velocidad y de altas cargas típicamente los rodamientos de rodillos esféricos – permite el contacto solamente en el lado de carga
del ensamble de la pista interior, rodillos y pista exterior.
En general las lecturas radiales son tomadas en los cojinetes radiales o rodamientos de contacto
angular igual a 0°, estos cojinetes son utilizados en motores eléctricos, ventiladores medianos y
ligeros y en unidades de transmisión de potencia no sujetas a cargas axiales.
El cojinete de contacto angular o cualquier cojinete que absorba el empuje axial tiene un acoplamiento
radial – axial, que requiere de la medición axial para un monitoreo preciso. Los engranajes de contacto
angular y helicoidal absorben el empuje y las vibraciones deberían medirse en el sentido axial; Las lecturas
radiales son requeridas para verificar la condición de la máquina a la velocidad de operación (1x) tales
como desbalance, desalineamiento, soltura, resonancia y eje combado.
Rango de Frecuencias
Los espectros pueden ser colectados como parte de la función de pantalla de muchos colectores de datos,
el rango de frecuencia debe reflejar apropiadamente la muestra con la apropiada selección del transductor.
Los engranajes pueden generar frecuencias de engrane con armónicas significativas que pueden ser
cortados por el límite de 2 kHz del transductor de velocidad, entonces la medición debe ejecutarse con un
acelerómetro. El corte también puede ocurrir cuando el rango de frecuencias del espectro es menor que la
frecuencia máxima que esta siendo transmitida. La tabla 2.2 contiene rangos de frecuencias
recomendados para espectros tomados en máquinas rotativas para monitoreo y análisis, los rangos se
basan en las RPM y otras frecuencias de la máquina. El corte en el rango de frecuencias esta indicado por
los valores de la energía espectral que son significativamente más bajos que el nivel total.
Sin embargo, si el rango espectral es ancho, la resolución puede ser reducida a tal punto que no se
pueda discriminar las frecuencias; Si no hay la adecuada resolución en los rangos de frecuencias
disponibles, se requerirán varios rangos de frecuencias con la adecuada resolución para cubrir el
rango total deseado para analizar. Una óptima configuración permite la suficiente resolución para
analizar la frecuencia a la velocidad de operación y sus bandas vecinas, también el rango de
frecuencias elevadas para rodamientos y engranajes. Es recomendable dividir los datos en dos o tres
rangos para incrementar las líneas de resolución y obtener una mejor resolución del espectro, de esta
2.13
manera será necesario tomar los datos con el colector dos o tres veces en el mismo punto para poder
cubrir todo el rango de frecuencias deseado.
Presentación de los Datos en la Pantalla
Los datos de vibración de una máquina que trabaja a una velocidad constante son generalmente
repetitivos; Pequeñas variaciones ocurren como una influencia de la carga, temperatura y del proceso.
Las condiciones ambientales y de carga deberían ser tomadas en cuenta cuando se recolectan los
datos; Típicamente los datos son presentados en; un espectro de frecuencias, una forma de onda y
una órbita.
Ejemplo 2.4: Un esmeril gira a 6,000 RPM y esta soportada por rodamientos de rodillos (19
elementos). Los rangos de frecuencias recomendado según la tabla 2.2 para este tipo de
máquinas son: 60,000 CPM (1000 Hz) para la vibración del eje y 0.6x19x6,000x10 = 684,000
CPM (11,400 Hz) para los elementos de los rodamientos. Es probable que el rango de
frecuencias del colector sea de 720,000 CPM (12,000 Hz), entonces.
Esta situación requiere lo siguiente: Para fallas a la velocidad de operación; un espectro de velocidad
con un rango de frecuencias de 60,000 CPM (1,000 Hz). Si se utiliza un espectro de 400 líneas con una
ventana Hanning, se obtendrá una resolución de: (60,000 CPM / 400 líneas) x 3 = 7.5 Hz (ver Capitulo
III). La resolución es adecuada para las fallas a la velocidad de operación.
Para las fallas de elementos de rodamientos de rodillos, la frecuencia de las bandas vecinas
más bajas es 0.4 RPM (ver Capítulo IV) = 2,400 CPM (40 Hz); Por lo tanto, se requiere una
resolución mínima de 40 Hz, entonces el número de líneas requeridas son:
N = (FMAX / RES) (3) = (12,000/40)(3) = 900 líneas
Por lo tanto, se requiere 1,600 líneas de resolución.
La Forma de Onda. La forma de onda es el gráfico de la amplitud de vibración versus tiempo, esto
refleja el comportamiento físico de la máquina en señal vibratoria, la forma de la onda es utilizada para
identificar eventos únicos de una máquina y su repetición. El tiempo de presentación de los datos en
forma de onda depende de la
información solicitada; Típicamente
es
relativo
al
periodo
de
la
velocidad de operación  (seg) =
60/RPM. La mejor resolución del
ángulo de fase para el balanceo
básico se obtiene utilizando la
Figura 2.13. Forma de Onda de un Compresor
presentación
del
periodo
fundamental , en la figura 2.13 se muestra la forma de la onda de 12 (400 mseg / 33.3 mseg). En la
2.14
figura 1.14 se muestra una forma de onda de 39 (60/936 = 0.0641 seg = ); el rango es de 2.5 seg;
Por lo tanto, 2.5/0.0641 = 39, el cual permite el análisis de eventos en largos periodos de tiempo.
Espectro. La configuración del espectro de la figura 1.14 esta determinado por el rango de
frecuencias de los datos para que toda la información sea obtenida. La resolución, el rango
dinámico y la exacta amplitud son
determinados por la configuración del
analizador FFT (ver Capitulo III). En la
figura se muestra el espectro con un
rango de frecuencias igual a 10xRPM
para analizar las vibraciones del eje.
Estos datos fueron procesados en un
analizador de configuración fija de 400
líneas, así que no se puede variar la
resolución excepto el tipo de ventana. La
ventana flat top fue utilizada para lograr
precisión en la medición de la amplitud,
pero la resolución fue sacrificada (183.2
CPM para la ventana flat top vs 72 CPM
para la ventana Hanning) ver Capitulo
III. En tales situaciones, si se requiere
rangos
Figura 2.14. Presentación de la Orbita
de
frecuencia
con
mayor
resolución será necesario procesar dos
o más espectros con diferentes rangos de frecuencia. Con un colector de datos el analista tiene la
opción de incrementar las líneas de resolución en lugar de tomar más espectros.
Órbita. La órbita mostrada en la figura 2.14 es una presentación en la pantalla de dos dimensiones
de la vibración de un punto de la máquina, las órbitas son comúnmente colectadas por sensores de
proximidad, que muestran el movimiento físico del eje con respecto del cojinete. Las órbitas se
utilizan para mostrar el movimiento de los pedestales, tuberías o cualquier estructura cuando una
mejor visualización de la vibración de los objetos es deseada.
Resumen de la Adquisición de Datos

La Medición de; desplazamiento, velocidad o aceleración, para evaluar la condición de las
máquinas son para máquinas específicas.
2.15

Los transductores de vibración deberían ser seleccionados por la; frecuencia de respuesta,
magnitud de la señal, tamaño, tipo de máquina y tipo de cojinete.

La magnitud de la señal depende de la medida seleccionada y de la frecuencia de interés.

Las señales de aceleración a bajas en frecuencias son pequeñas en magnitud, tal como es el
desplazamiento a altas frecuencias.

La integración de la señal de aceleración puede causar elevadas amplitudes y ruidos a baja
frecuencia.

La frecuencia de respuesta es la capacidad de un transductor de reproducir la magnitud de
vibración dentro del rango de frecuencias.

Los transductores de vibración deberían ser posicionados cerca de los cojinetes para adquirir los
datos a la frecuencia de interés.

Las vibraciones a la velocidad de operación (1X), tales como; desbalance, desalineamiento,
soltura, etc. son monitoreados en la dirección radial y analizados en las direcciones horizontal,
vertical y axial.

Las vibraciones de los rodillos de los rodamientos y de los engranajes se miden en la dirección
axial.

Todas las vibraciones serán colectadas con la selección apropiada del rango de frecuencias y de
las líneas de resolución.

La configuración del colector para la adquisición de datos proporciona una presentación que
mejora el análisis.
Referencias
2.1. API 670, 1986, Vibration, Axial Positon, and bearing Temperature Monitoring System, 2nd ed.,
American Petroleum lnstitute, Washington, D.C.
2.2. API 678, 1981, Accelerometer-Based Vibration Monitoring System, API, Washington, D.C.
2.3. Crawford, A.R. and Crawford, S., The Simplified Handbook of Vibration, Analysis, Volume 1,
Computational Systems, lnc. (1992).
2.16