Introducción al Análisis de Vibraciones, Primera Parte.
Summary
TLDREl análisis de vibraciones es fundamental en la tecnología de mantenimiento predictivo, donde se estudia el movimiento armónico simple de un sistema masa-resorte. Este movimiento se caracteriza por su forma senoidal, periodicidad y simetría. Los tres parámetros clave son la amplitud, la frecuencia y la fase, que proporcionan información valiosa sobre el estado de la máquina. La amplitud indica la severidad de la vibración, la frecuencia ayuda a identificar el tipo de problema y la fase distingue entre distintos problemas. A través de un ejemplo de un ventilador de techo con una aspa rota y golpeteo con un matamoscas, se muestra cómo la señal de tiempo puede ser compleja, pero la transformada de Fourier permite obtener un espectro de vibración que simplifica la información y permite la identificación de los problemas específicos.
Takeaways
- 📊 La vibración es un movimiento alternante que puede ser causado por fuerzas internas o externas.
- 🔁 El movimiento armónico simple es una forma de estudio del movimiento vibratorio, representado por un sistema de masa y resorte.
- 📉 La masa en un sistema de oscilación vertical describe una trayectoria senoidal y su movimiento se repite periódicamente.
- ⏱ El periodo es el tiempo requerido para que se reproduzca un ciclo de movimiento vibratorio.
- 📍 La amplitud es la máxima excursión de la masa desde el punto de equilibrio y es un indicador de la severidad de la vibración.
- 🔢 La frecuencia indica el número de oscilaciones por unidad de tiempo y es crucial para diagnosticar problemas en máquinas.
- 🈯 La fase muestra cómo un componente vibra en relación con otro y es útil para distinguir entre diferentes problemas.
- 🧑⚕️ En el mantenimiento predictivo, los parámetros de amplitud, frecuencia y fase son utilizados para evaluar el estado de las máquinas, de manera similar a cómo un médico utiliza una tomografía.
- 📉 Una mayor amplitud en la vibración indica un problema más grave, especialmente cuando se mide en velocidad.
- 🔁 La fase puede revelar información sobre el tipo de desequilibrio presente en un sistema, como desbalance estático o de par.
- 🤔 La interpretación de la frecuencia es compleja y puede requerir herramientas avanzadas como la transformada de Fourier para analizar señales complejas.
- 📈 La transformada de Fourier permite convertir una señal de tiempo compleja en un espectro de vibración, lo que facilita la identificación de problemas específicos en una máquina.
Q & A
¿Qué es la vibración y cómo se define en el contexto del análisis de vibraciones?
-La vibración es un movimiento alternante que es una reacción a fuerzas internas o externas. En el análisis de vibraciones, se estudia este movimiento para entender el comportamiento de sistemas mecánicos y su estado de funcionamiento.
¿Cómo se describe el movimiento de un sistema de masa-resorte durante la oscilación vertical?
-El movimiento de un sistema de masa-resorte durante la oscilación vertical se describe como una trayectoria de forma senoidal, que es simétrica e irregular, y se repite periódicamente en un ciclo.
¿Cuál es el período en el contexto del movimiento armónico simple y cómo se mide?
-El período es el tiempo requerido para que se reproduzca un ciclo de movimiento armónico simple. Se mide en segundos y representa la duración de una compleción del ciclo de oscilación.
¿Qué se llama la máxima excursión que tiene la masa en un movimiento armónico simple y por qué es importante?
-La máxima excursión que tiene la masa en un movimiento armónico simple se llama amplitud. Es importante porque indica la magnitud del desplazamiento y es un indicador de la severidad de la vibración.
¿Cuáles son los tres parámetros fundamentales para describir cualquier movimiento armónico simple y cómo se relacionan con el estado de una máquina?
-Los tres parámetros fundamentales para describir un movimiento armónico simple son la amplitud, la frecuencia y la fase. En el mantenimiento predictivo, estos parámetros se utilizan para diagnosticar el estado de una máquina, similar al uso de una tomografía computarizada en medicina.
¿Cómo se interpreta la amplitud en el análisis de vibraciones para el mantenimiento predictivo de máquinas?
-La amplitud en el análisis de vibraciones es un indicador de la severidad de la vibración. Cuanto mayor sea la amplitud, peor será el problema que se está observando, especialmente si la vibración se mide en velocidad, como lo indica la norma ISO 10816.
¿Qué información proporciona la fase en el análisis de vibraciones y cómo se utiliza para distinguir problemas en una máquina?
-La fase en el análisis de vibraciones indica cómo un componente está oscilando con respecto a otro. Se utiliza para distinguir entre diferentes problemas, como se muestra en la diferencia entre el movimiento en fase de los cojinetes en un desbalance estático y el movimiento en contrafase en un desbalance de par.
¿Cómo se relaciona la frecuencia en el análisis de vibraciones con el problema de desbalance en un ventilador de techo?
-La frecuencia en el análisis de vibraciones indica la velocidad de oscilación. En el caso de un ventilador de techo desbalanceado, la frecuencia de vibración es igual a la frecuencia de giro del ventilador (1 por), lo que produce una onda completa por cada vuelta que da el ventilador.
¿Qué sucede cuando un matamoscas de plástico impacta las aspas de un ventilador girando y cómo se refleja esto en la señal de tiempo de vibración?
-Cuando un matamoscas de plástico impacta las aspas de un ventilador girando, se producen golpes adicionales. En el caso de un ventilador de 5 aspas, se esperaría una frecuencia de golpes 5 veces la velocidad de giro, lo que se refleja en la señal de tiempo como una serie de picos de frecuencia más alta.
¿Cómo ayuda la transformada de Fourier a simplificar la interpretación de señales de vibración complejas?
-La transformada de Fourier convierte una señal de tiempo compleja en un espectro de vibración, que muestra la frecuencia y la amplitud de las diferentes componentes de vibración. Esto permite identificar y separar los distintos problemas en una máquina, como el desbalance y el golpeteo, a partir de picos en el espectro.
¿Por qué es difícil estimar amplitudes, frecuencias o fases de problemas individuales en una señal de tiempo compleja de vibración?
-Es difícil porque la señal de tiempo resultante de múltiples problemas en una máquina, como engranes dañados o rodamientos defectuosos, puede ser excesivamente compleja y por lo tanto ilegible, lo que dificulta la identificación y separación de cada problema individual.
¿Cómo se diferencia la gráfica del espectro de vibración de la señal de tiempo y qué ventajas ofrece?
-La gráfica del espectro de vibración es muy diferente en sus características a la señal de tiempo, pero contiene la misma información. Muestra los picos de frecuencia y amplitud asociados con diferentes problemas, facilitando la identificación y análisis de los problemas en la máquina.
Outlines
📚 Introducción a la Análisis de Vibraciones
Este primer párrafo introduce el análisis de vibraciones, enfocándose en el movimiento armónico simple como un medio para estudiar el comportamiento de un sistema de masa y resorte en oscilación vertical. Se describe la trayectoria senoidal del movimiento y se destaca la importancia de tres parámetros clave: la amplitud, la frecuencia y la fase. Estos parámetros son cruciales para el mantenimiento predictivo, permitiendo a los técnicos diagnosticar el estado de las máquinas de manera similar a cómo un médico utiliza una tomografía para evaluar la condición de un paciente. La amplitud indica la gravedad de la vibración, la frecuencia se relaciona con el número de oscilaciones por unidad de tiempo y la fase ayuda a distinguir entre diferentes problemas. El párrafo también menciona la Norma ISO 10816, que utiliza una escala de colores para indicar el nivel de vibración y el estado de la máquina.
🔍 Interpretación de la Frecuencia en la Vibración
El segundo párrafo profundiza en la interpretación de la frecuencia en el análisis de vibraciones a través de un ejemplo práctico. Imagina un ventilador de techo con una aspa dañada, lo que causa un desequilibrio y una oscilación visible. Al usar un matamoscas de plástico para golpear las aspas en movimiento y medir la vibración con un acelerómetro, se logra una señal de tiempo que refleja la complejidad del problema. La desbalanceo del ventilador produce una vibración por cada vuelta, mientras que los golpes del matamoscas generan una frecuencia cinco veces mayor. Este ejemplo ilustra cómo la señal de tiempo puede ser compleja y difícil de interpretar en máquinas reales con múltiples problemas. Sin embargo, se introduce la Transformada de Fourier como una herramienta matemática para transformar la señal de tiempo en un espectro de vibración, que, aunque conserva la misma información, lo hace de una manera más fácil de analizar y entender visualmente a través de picos que representan diferentes frecuencias y amplitudes.
Mindmap
Keywords
💡vibración
💡movimiento armónico simple
💡trayectoria senoidal
💡período
💡amplitud
💡frecuencia
💡fase
💡mantenimiento predictivo
💡desbalance
💡transformada de Fourier
💡espectro de vibración
Highlights
El movimiento armónico simple es una forma de estudiar el movimiento vibratorio.
Un sistema de masa y resorte oscilando verticalmente describe una trayectoria senoidal.
La forma senoidal se repite periódicamente, lo que se conoce como un ciclo.
El periodo es el tiempo requerido para que se reproduzca un ciclo de vibración.
La amplitud es la máxima excursion de la masa y es un indicador de la severidad de la vibración.
La frecuencia indica el número de oscilaciones por unidad de tiempo.
La fase muestra cómo un componente oscila en relación con otro.
Los tres parámetros de vibración (amplitud, frecuencia, fase) son útiles para el diagnóstico de máquinas.
La amplitud medida en velocidad de vibración permite identificar el estado de la máquina con un código de colores.
La fase puede distinguir entre distintos problemas, como el desbalance estático o de par.
La observación de la frecuencia de vibración es más compleja y requiere de un análisis detallado.
Un ejemplo práctico involucra un ventilador de techo con una aspa rota y el impacto de un matamoscas.
La señal de tiempo de vibración refleja la complejidad de los problemas mecánicos.
La transformada de Fourier permite analizar la señal de tiempo en un espectro de vibración más legible.
El espectro de vibración muestra picos que representan diferentes problemas de vibración.
La frecuencia de un problema se refleja en el espectro como picos con distintas frecuencias y amplitudes.
El análisis de vibraciones es crucial para el mantenimiento predictivo y la prevención de fallas en máquinas.
La interpretación de los parámetros de vibración requiere conocimientos matemáticos y técnicas especializadas.
Transcripts
bienvenidos a el análisis de vibraciones
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como vimos en la lámina anterior la
vibración es un movimiento alternante y
además es una reacción a fuerzas que
pueden ser internas o externas para
estudiar este movimiento hablaremos
primeramente del movimiento armónico
simple una forma de estudiar este
movimiento es observar el comportamiento
de un simple sistema
masa resorte
cuando este sistema está oscilando
verticalmente se puede observar que su
masa describe una trayectoria de forma
senoidal como se ilustra en la figura
esta onda senoidal se produce en el
transcurso del tiempo y se pueden
observar algunas características muy
interesantes lo primero que salta a la
vista es lo simétrico irregular que
tiene esta forma
también se observa que esta forma se
repite periódicamente es decir cada
cierto tiempo se produce un ciclo igual
y al tiempo requerido para que se
reproduzca este ciclo se le llama un
periodo y se mide en segundos
también se puede observar la regularidad
del desplazamiento de la masa se puede
ver que sube una cantidad igual a la que
baja
alrededor de un punto al que llamamos el
punto de equilibrio a la máxima
excursión que tiene la masa se le llama
la amplitud
cualquier movimiento armónico simple
puede entonces ser descrito por tres
parámetros que son la amplitud del
movimiento
la frecuencia que significa el número de
oscilaciones que se da por unidad de
tiempo
y la fase que nos indica cómo está
oscilando un componente respecto de otro
hay muchísima información alrededor de
estos tres parámetros sin embargo dado
el carácter introductorio de esta
presentación
solamente mencionaremos lo siguiente
en el ámbito del mantenimiento
predictivo nosotros utilizamos estos
tres parámetros de la vibración la
amplitud la frecuencia y la fase para
hacernos una buena idea del estado de la
máquina es decir para diagnosticar su
condición
de la misma manera que un médico utiliza
una tomografía computarizada para saber
el estado de un paciente
en términos muy generales estos tres
parámetros se interpretan de la
siguiente forma
en primer lugar la amplitud es un
indicador de la severidad de la
vibración dicho en otras palabras cuanto
mayor sea la amplitud peor será el
problema que estamos observando
particularmente si este problema es
decir esta vibración está siendo medida
en velocidad de vibración como lo pide
la norma y eso hizo 10 816 que nos
indican un código de colores si la
máquina está bien regular o mal
dependiendo de su nivel de vibración
por su parte la fase nos permite
distinguir entre diversos problemas
en esta ilustración se puede observar en
el caso de la izquierda como los
cojinetes representados en color azul se
están moviendo en fase es decir al mismo
tiempo mientras que en el ejemplo de la
derecha los cojinetes se están moviendo
en contra fase y esto nos dice que el
caso de la izquierda es un desbalance
estático mientras que el caso de la
derecha es un desbalance de par
e interpretar la frecuencia es un
problema bastante más complejo que
trataremos de explicar con el siguiente
ejemplo
imaginemos que estamos observando el
giro de un ventilador de techo cuando
observamos que una de las aspas está
rota por esta razón el ventilador está
desbalanceado y oscila visiblemente
supongamos que nuestro afán de
conocimiento tomamos un matamoscas de
plástico y lo hacemos incidir contra las
aspas mientras el ventilador está
girando
para completar este experimento mental
vamos a suponer que tenemos un
acelerómetro sujeto a la base del
ventilador de manera tal que en algún
instrumento estamos recogiendo la
vibración observada en este experimento
el equipo de medición nos permitiría
graficar la señal de tiempo de la
vibración cuyo aspecto sería poco más o
menos como el que está mostrado en la
gráfica
el aspecto más o menos complejo que
tiene esta gráfica se debe a lo
siguiente
en primer lugar el hecho de que el
ventilador esté desbalanceado va a
producir una onda completa por cada
vuelta que ve dicho ventilador eso se
expresa diciendo que tiene una vibración
1 por es decir una vibración cuya
frecuencia es igual a la frecuencia de
giro
adicionalmente a lo anterior el
matamoscas se está golpeando las aspas
este es un ventilador de 5 aspas por lo
que podríamos esperar que por cada
vuelta quede dicho ventilador se van a
producir 5 golpes o dicho en otros
términos
tenemos una frecuencia 5 por que
significa 5 veces la velocidad de giro
por lo tanto la señal de tiempo nos
muestra de manera fidedigna el efecto
que tienen ambos problemas en el
ventilador es decir el aspa rota y el
golpeteo con el matamoscas
recordemos que utilizamos amplitud
frecuencia y fase como indicadores del
problema en la máquina
en una situación tan sencilla como la
descrita del ventilador vean por favor
que la señal de tiempo resulta bastante
compleja imaginen ustedes una máquina
real donde tenemos problemas en engranes
o problemas en rodamientos o problemas
eléctricos en el estator del motor o
cualquier combinación de estos
obviamente la señal de tiempo va a ser
tan compleja que nos resultará
literalmente imposible estimar
amplitudes frecuencias o fases de cada
uno de los problemas por separados
puesto que la señal de tiempo repito
resultará excesivamente compleja y por
lo tanto ilegible
sin embargo una vez más las matemáticas
vienen a nuestro rescate y a través de
un concepto matemático que se llama la
transformada de fourier
podemos obtener una nueva información
una nueva gráfica que se llama el
espectro de vibración
observen por favor el aspecto de esta
nueva gráfica del espectro de vibración
noten que es muy diferente en sus
características a la señal de tiempo sin
embargo contiene exactamente la misma
información
observen que la señal de desbalance
aparece aquí como un pico
mientras que la señal de los golpes del
matamoscas aparecen como otro pico de
mayor frecuencia de hecho cinco veces
mayor y de amplitud menor
aquí termina la primera parte de esta
presentación le invitamos a que vea la
segunda
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