El análisis de vibraciones, cuando se realiza correctamente, permite evaluar la condición de las máquinas. Al detectar fallas inherentes antes de que se vuelvan catastróficas, el personal de mantenimiento puede minimizar las paradas no planificadas.
En términos más simples, la vibración en equipos motorizados es el movimiento de ida y vuelta, u oscilación, de las máquinas y componentes, como motores de accionamiento, dispositivos accionados (bombas, compresores, etc.) y los rodamientos, ejes, engranajes, correas y otros elementos que forman parte de los sistemas mecánicos.
La vibración en equipos industriales puede ser tanto una señal como una fuente de problemas. En otras ocasiones, la vibración es parte normal del funcionamiento de la máquina y no debería causar una preocupación excesiva. Este artículo se centra en las máquinas diseñadas para funcionar con mínima vibración.
Cuando la vibración es un problema
La mayoría de los dispositivos industriales están diseñados para funcionar con suavidad y evitar la vibración, no para producirla. En estas máquinas, la vibración puede indicar problemas o deterioro. Si no se corrigen las causas subyacentes, la propia vibración indeseada puede causar daños adicionales.
Causas más comunes de vibración de la máquina
La vibración puede ser consecuencia de diversas condiciones, ya sea individualmente o en forma combinada. Tenga en cuenta que los problemas de vibración pueden deberse a equipos auxiliares, no solo a los principales. A continuación, se presentan algunas de las principales causas de vibración.
Desbalanceo: Un punto de peso en un componente giratorio causará vibración cuando el peso desbalanceado gire alrededor del eje de la máquina, creando una fuerza centrífuga. El desbalanceo puede deberse a defectos de fabricación (errores de mecanizado, defectos de fundición) o problemas de mantenimiento (palas del ventilador deformadas o sucias, falta de contrapesos). A medida que aumenta la velocidad de la máquina, los efectos del desbalanceo se acentúan. El desbalanceo puede reducir considerablemente la vida útil de los rodamientos y causar vibraciones excesivas en la máquina.
Desalineación: La vibración puede producirse cuando los ejes de las máquinas están desalineados. La desalineación angular ocurre, por ejemplo, cuando los ejes de un motor y una bomba no están paralelos. Cuando los ejes son paralelos, pero no están exactamente alineados, se denomina desalineación paralela. La desalineación puede producirse durante el ensamblaje o desarrollarse con el tiempo debido a la expansión térmica, el desplazamiento de los componentes o un reensamblaje incorrecto después del mantenimiento. La vibración resultante puede ser radial, axial (alineada con el eje de la máquina) o ambas.
Desgaste: Componentes como rodamientos de bolas o de rodillos, correas de transmisión o engranajes, se desgastan y pueden causar vibraciones. Por ejemplo, cuando la pista de un rodamiento se pica, los rodillos vibran cada vez que pasan por la zona dañada. Un diente de engranaje muy astillado o desgastado, o una correa de transmisión deteriorada, también pueden producir vibraciones.
Soltura: Una vibración que de otro modo pasaría desapercibida puede volverse evidente y destructiva si el componente que vibra tiene los rodamientos sueltos o está mal fijado a sus soportes. Esta holgura puede o no ser causada por la vibración subyacente. Sea cual sea su causa, la soltura puede permitir que cualquier vibración presente cause daños, como un mayor desgaste de los rodamientos, desgaste y fatiga en los soportes del equipo y otros componentes
Efectos de la vibración
Los efectos de la vibración pueden ser graves. La vibración no controlada de la máquina puede acelerar el desgaste (es decir, reducir la vida útil de los rodamientos) y dañar el componente de la maquinaria. La maquinaria vibratoria puede generar ruido, causar problemas de seguridad y degradar las condiciones de trabajo de la planta. La vibración puede provocar un consumo excesivo de energía y perjudicar la calidad del producto. En el peor de los casos, la vibración puede dañar a la máquina tan gravemente que la deja fuera de servicio y detiene la producción de la planta.
Sin embargo, la vibración de las máquinas tiene un aspecto positivo. Medida y analizada correctamente, la vibración puede utilizarse en un programa de mantenimiento preventivo como indicador del estado de la máquina y ayudar al profesional de mantenimiento de la planta a tomar medidas correctivas antes de que se produzca un desastre.
Características de la vibración
Para comprender cómo se manifiesta la vibración, considere una máquina rotatoria simple, como un motor eléctrico. El motor y el eje giran alrededor de la línea central del propio eje, que se apoya en un rodamiento en cada extremo. Un factor clave al analizar la vibración es la dirección de la fuerza vibratoria. En nuestro motor eléctrico, la vibración puede ocurrir como una fuerza aplicada en dirección radial (hacia afuera del eje) o en dirección axial (paralela al eje). Un desbalanceo en el motor, por ejemplo, probablemente causaría una vibración radial al girar el punto más pesado del motor, creando una fuerza centrífuga que tira del motor hacia afuera mientras el eje gira 360 grados. Una desalineación del eje podría causar vibración en dirección axial (hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje) debido a la desalineación del acoplamiento entre los ejes.
Otro factor clave en la vibración es la amplitud, es decir, la fuerza o intensidad de la vibración. Cuanto mayor sea el desbalanceo de nuestro motor, mayor será su amplitud de vibración. Otros factores, como la velocidad de rotación, también pueden afectar la amplitud de la vibración. A medida que aumenta la velocidad de rotación, la fuerza de desbalanceo aumenta significativamente. La frecuencia se refiere a la tasa de oscilación de la vibración, o la rapidez con la que la máquina tiende a moverse hacia adelante y hacia atrás bajo la fuerza de la condición o condiciones que la causan. La frecuencia se expresa comúnmente en ciclos por minuto o Hertz (CPM o Hz). Un Hz equivale a un ciclo por segundo, o 60 ciclos por minuto.
Aunque llamamos a nuestro motor de ejemplo «simple», incluso esta máquina puede presentar una firma de vibración compleja. Durante su funcionamiento, podría vibrar en múltiples direcciones (radial y axialmente), con diferentes niveles de amplitud y frecuencia. La vibración por desbalanceo, axial, causada por el deterioro de los rodamientos, entre otras, podría combinarse para crear un espectro de vibración complejo.
Prevención mediante la comprensión
La vibración es una característica de prácticamente todas las máquinas industriales. Cuando la vibración supera los niveles normales, puede indicar únicamente un desgaste normal, o bien, la necesidad de una evaluación más exhaustiva de las causas subyacentes o de medidas de mantenimiento inmediatas. Comprender por qué se produce la vibración y cómo se manifiesta, es un primer paso clave para evitar que cause problemas en el entorno de producción.
Jeremy Wright, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América